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公開番号2025139598
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-26
出願番号2025105432,2022541319
出願日2025-06-23,2021-07-20
発明の名称半導体装置の駆動方法
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類G11C 11/22 20060101AFI20250918BHJP(情報記憶)
要約【課題】データを長期間保持することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】容量と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、が設けられるセルを有し、容量は、第1の電極と、第2の電極と、強誘電体層と、を有し、強誘電体層は、第1の電極と、第2の電極と、の間に設けられ、且つ第1の飽和分極電圧、又は第1の飽和分極電圧と極性が異なる第2の飽和分極電圧を印加することにより、分極反転が発生し、第1の電極と、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と、第2のトランジスタのゲートと、は互いに電気的に接続された半導体装置。第1の期間において、強誘電体層に、第1の飽和分極電圧を印加する。第2の期間において、強誘電体層に、第1の飽和分極電圧と、第2の飽和分極電圧と、の間の値の電圧を、データ電圧として印加する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
容量と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、が設けられるセルを有し、
前記容量は、第１の電極と、第２の電極と、強誘電体層と、を有し、
前記強誘電体層は、前記第１の電極と、前記第２の電極と、の間に設けられ、
前記強誘電体層は、第１の飽和分極電圧、又は前記第１の飽和分極電圧と極性が異なる第２の飽和分極電圧を印加することにより、分極反転が発生し、
前記第１の電極と、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と、前記第２のトランジスタのゲートと、は互いに電気的に接続された半導体装置の駆動方法であって、
第１の期間において、前記強誘電体層に、前記第１の飽和分極電圧を印加し、
第２の期間において、前記強誘電体層に、前記第１の飽和分極電圧と、前記第２の飽和分極電圧と、の間の値の電圧を、データ電圧として印加する半導体装置の駆動方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、半導体装置の駆動方法等に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、撮像装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、表示システム、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
トランジスタに適用可能な半導体として金属酸化物が注目されている。“ＩＧＺＯ”、“イグゾー”等といわれるＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物は、多元系金属酸化物の代表的なものである。ＩＧＺＯに関する研究において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓａｌｉｇｎｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造、及びｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
チャネル形成領域に金属酸化物半導体を有するトランジスタ（以下、「酸化物半導体トランジスタ」、又は「ＯＳトランジスタ」という場合がある。）は、極小オフ電流であることが報告されている（例えば、非特許文献１、２）。ＯＳトランジスタが用いられた様々な半導体装置が作製されている（例えば、非特許文献３、４）。
【０００５】
また、ＯＳトランジスタの極小オフ電流を利用したメモリ（ＯＳメモリという場合がある）が提案されている。例えば特許文献１では、ＮＯＳＲＡＭの回路構成について開示している。なお「ＮＯＳＲＡＭ（登録商標）」とは、「ＮｏｎｖｏｌａｔｉｌｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＲＡＭ」の略称である。ＮＯＳＲＡＭは、セルが２トランジスタ型（２Ｔ）、又は３トランジスタ型（３Ｔ）ゲインセルであり、アクセストランジスタがＯＳトランジスタであるメモリのことをいう。ＯＳトランジスタはオフ状態でソースとドレインとの間を流れる電流、つまりリーク電流が極めて小さい。ＮＯＳＲＡＭは、リーク電流が極めて小さい特性を用いてデータに応じた電荷をセル内に保持することで、不揮発性メモリとして用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許出願公開第２０１１／０１７６３４８号明細書
【非特許文献】
【０００７】
Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉｅｔａｌ．，“ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒａｎｄｉｔｓｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，” Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５３，０４ＥＤ１８（２０１４）．
Ｋ．Ｋａｔｏｅｔａｌ．，“ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＯｆｆ－ＳｔａｔｅＣｕｒｒｅｎｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＵｓｉｎｇＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｄｉｕｍ－Ｇａｌｌｉｕｍ－ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ，”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５１，０２１２０１（２０１２）．
Ｓ．Ａｍａｎｏｅｔａｌ．，“ＬｏｗＰｏｗｅｒＬＣＤｉｓｐｌａｙＵｓｉｎｇＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－ＯｘｉｄｅＴＦＴｓＢａｓｅｄｏｎＶａｒｉａｂｌｅＦｒａｍｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ，“ＳＩＤＳｙｍｐ．Ｄｉｇ．Ｐａｐｅｒｓ，ｖｏｌ．４１，ｐｐ．６２６－６２９（２０１０）．
Ｔ．Ｉｓｈｉｚｕｅｔａｌ．，“ＥｍｂｅｄｄｅｄＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭｅｍｏｒｉｅｓ：ＡＫｅｙＥｎａｂｌｅｒｆｏｒＬｏｗ－ＰｏｗｅｒＵＬＳＩ，”ＥＣＳＴｒａｎ．，ｖｏｌ．７９，ｐｐ．１４９－１５６（２０１７）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＮＯＳＲＡＭ等のメモリでは、データに応じた電荷を、セルが有する容量に保持する。よって、容量に保持できる電荷量が小さいと、容量からの電荷のリークに起因する、データの読み出し精度の低下が顕著になる。よって、セルにデータを長期間保持することができなくなる場合がある。
【０００９】
本発明の一態様は、データを長期間保持することができる半導体装置、及びその駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、低消費電力の半導体装置、及びその駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、高い電圧を印加することができる半導体装置、及びその駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、信頼性が高い半導体装置、及びその駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、新規な半導体装置、及びその駆動方法を提供することを課題の一とする。
【００１０】
なお、本発明の一態様は、必ずしも上記の課題の全てを解決する必要はなく、少なくとも一の課題を解決できるものであればよい。また、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。これら以外の課題は、明細書、特許請求の範囲、図面等の記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、特許請求の範囲、図面等の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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