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公開番号2025156480
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2025129098,2022557216
出願日2025-08-01,2021-10-12
発明の名称半導体装置
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 20060101AFI20251002BHJP(情報記憶)
要約【課題】高い精度でデータを読み出すことができる半導体装置を提供する。
【解決手段】第1及び第2メモリセルと、スイッチと、を有する半導体装置。第1メモリセルは、第1及び第2トランジスタと、第1容量と、を有し、第2メモリセルは、第3及び第4トランジスタと、第2容量と、を有する。第1及び第2容量は、一対の電極間に強誘電体層を有する。第1トランジスタのソース又はドレインの一方は、第2トランジスタのゲートと電気的に接続され、第2トランジスタのゲートは、第1容量の一方の電極と電気的に接続される。第3トランジスタのソース又はドレインの一方は、第4トランジスタのゲートと電気的に接続され、第4トランジスタのゲートは、第2容量の一方の電極と電気的に接続される。第1トランジスタのソース又はドレインの他方と、第3トランジスタのソース又はドレインの他方と、はスイッチを介して電気的に接続される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
メモリセルと、スイッチと、第１駆動回路と、第２駆動回路と、第３駆動回路と、を有し、
前記メモリセルは、第１トランジスタと、第２トランジスタと、容量と、を有し、
前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタは、チャネル形成領域にインジウム酸化物を有し、
前記容量は、一対の電極間に強誘電体層を有し、
前記第１トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２トランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第２トランジスタのゲートは、前記容量の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記スイッチを介して前記第１駆動回路と電気的に接続され、
前記第１駆動回路は、前記メモリセルに書き込むデータを生成する機能を有し、
前記第２駆動回路は、前記メモリセルからデータを読み出す際に、前記第１トランジスタをオン状態とする機能を有し、
前記第３駆動回路は、前記第２トランジスタのソース又はドレインの一方の電位に基づき、前記メモリセルからデータを読み出す機能を有する半導体装置。

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、及びその駆動方法等に関する。また、本発明の一態様は、電子機器に関する。
続きを表示（約 2,500 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。なお半導体装置とは、半導体特性を利用する装置全般を指すものであり、記憶装置は半導体装置である。
【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等のメモリにおいて、高い精度でデータを読み出すためには、メモリセルから読み出すデータが異なる場合に、当該メモリセルから出力される電位が大きく異なることが重要である。例えば、メモリセルに２値データが保持されている場合、値が“０”のデータを読み出す際にメモリセルから出力される電位と、値が“１”のデータを読み出す際にメモリセルから出力される電位と、の差は大きいことが好ましい。
【０００９】
本発明の一態様は、高い精度でデータを読み出す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、設計自由度が高い半導体装置、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、大容量のデータを記憶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、高速に駆動する半導体装置、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、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の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
【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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