[發明專利]半導體裝置及其寫入方法

在審

• 申請號: 201480064108.5
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN105765662A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 加藤純男;上田直樹
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;G11C17/12;H01L29/786
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所 11323
• 代理人: 權鮮枝

半導體裝置(1001)具備存儲單元和寫入控制電路，存儲單元包含存儲晶體管(10A)，存儲晶體管(10A)具有含有金屬氧化物的活性層(7A)，存儲晶體管(10A)是能從漏極電流Ids依賴于柵極‐源極間電壓Vgs的半導體狀態不可逆地變為漏極電流Ids不依賴于柵極‐源極間電壓Vgs的電阻體狀態的晶體管，在將存儲晶體管(10A)的閾值電壓設為Vth，將漏極‐源極間電壓設為Vds時，寫入控制電路以滿足Vgs≥Vds+Vth的方式對施加到漏極(9dA)、源極(9sA)以及柵極電極(3A)的電壓進行控制，由此進行向存儲晶體管(10A)的寫入。

技術領域

本發明涉及具備存儲晶體管的半導體裝置。

背景技術

作為能用作ROM(只讀存儲器)的存儲元件，以往，已提出使用具有晶體管結構的元件(以下，稱為“存儲晶體管”。)。

例如專利文獻1公開了具有MOS晶體管結構的非易失性的存儲晶體管。在該存儲晶體管中，通過對柵極絕緣膜施加高電場而使其絕緣擊穿來進行寫入。另外，專利文獻2公開了利用通過對柵極施加規定的寫入電壓而產生的閾值電壓的變化的存儲晶體管。

另一方面，本申請的申請人在專利文獻3中提出了能比以往降低功耗的新型的非易失性存儲晶體管。該存儲晶體管將金屬氧化物半導體用于活性層(溝道)，利用由漏極電流產生的焦耳熱，能不可逆地變為與柵極電壓無關地表現出歐姆電阻特性的電阻體狀態。如果使用這樣的存儲晶體管，則能使得用于寫入的電壓低于專利文獻1、2中的電壓。此外，在本說明書中，將使該存儲晶體管的金屬氧化物半導體變為電阻體狀態的動作稱為“寫入”。另外，將從存儲晶體管讀出在漏極‐源極間流動的電流的動作稱為“讀出”，將從存儲晶體管讀出的電流稱為“讀出電流”。該存儲晶體管在寫入后金屬氧化物半導體會變為電阻體，因此不會作為晶體管進行動作，但在本說明書中，在變為電阻體后也將其稱為“存儲晶體管”。同樣，在變為電阻體后，也使用構成晶體管結構的柵極電極、源極電極、漏極電極、活性層、溝道區域等稱呼。

專利文獻3記載了將存儲晶體管形成于例如液晶顯示裝置的有源矩陣基板。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第6775171號說明書

專利文獻2：特開平11-97556號公報

專利文獻3：國際公開第2013/080784號

發明內容

發明要解決的問題

本發明的發明人進行了研究后發現，在專利文獻3的存儲晶體管中，當在寫入時將向存儲晶體管的漏極‐源極間施加的電壓(寫入電壓)設定在存儲晶體管的飽和區域時，存儲晶體管的活性層中的漏極電極的附近會局部產生焦耳熱，在漏極電極的附近，金屬氧化物的組分有可能局部發生變化。僅活性層的一部分低電阻化，因此，在讀出時，來自存儲晶體管的讀出電流可能下降。其結果是，檢測讀出電流的傳感放大器的輸出電壓變得不穩定，讀出動作余量有可能下降。這可能成為導致半導體裝置的可靠性下降的因素。

本發明的實施方式的目的在于，通過抑制來自存儲晶體管的讀出電流的下降，增大傳感放大器的讀出動作余量，確保半導體裝置的可靠性。

用于解決問題的方案