JPH02109361A

JPH02109361A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH02109361A
Application number: JP63262313A
Authority: JP
Inventors: Masanori Noda; 昌敬野田; Michitaka Kubota; 窪田　通孝
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-10-18
Filing date: 1988-10-18
Publication date: 1990-04-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、Ｍｉｓ型の半導体装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、ＭＩＳ型の半導体装置において、トンネル効
果を有する薄膜を不純物含有領域上に形成し、不純物の
濃度によってブレークダウン電圧を制御することによっ
て、このブレークダウン電圧の制御が容易であり、整流
素子として用いることもでき、集積度の高いＳＲＡＭを
形成することもできる様にしたものである。

〔従来の技術〕

従来のＭｉｓ型の半導体装置では、厚さが所定値以上で
絶縁性の良好な絶縁膜を用いている。

ところで、半導体メモリの一種にＭＯＳ−５ＲＡＭがあ
る。ＭＯＳ−３ＲＡ、Ｍのメモリセルには、Ｅ−Ｒ型メ
モリセルやフルＣＭＯＳメモリセル等があるが、ＳＲＡ
Ｍではりフレノノユの必要がなく、消費電力も少ない等
の特徴がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、フルＣＭＯＳメモリセルでは１セル当り６個
のトランジスタが必要であり、Ｅ−Ｒ型メモリセルでも
１セル当り４個のトランジスタと２個の抵抗素子とが必
要である。

従って、何れの場合でもセルの構成素子が多く、集積度
の高いＳＲＡＭを形成することに知恵があった。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明による半導体装置は、不純物含有領域１４．２４
上に形成されておりトンネル効果を有している薄膜１３
．２６と、この薄膜１３．２６上に形成されている電極
１５．２５とを夫々具備している。

〔作用〕

本発明による半導体装置では、不純物含有領域１４．２
４の不純物濃度によってブレークダウン電圧■３が制御
されている。

また、不純物含有領域１４．２４上の薄膜１３．２６が
トンネル効果を有しているので、不純物含有領域１４．
２４を順バイアスすることによって１１ｉ１３．２６に
トンネル電流を流すことができると共に、ブレークダウ
ン電圧■、よりも小さな電圧下で不純物含有領域１４．
２４を逆バイアスして空乏層を形成することによって薄
膜１３．．２６にトンネル電流を流さない様にすること
ができる。

また、不純物含有領域１４．２４に対する逆バイアス電
圧を大きくしてゆくと、この逆バイアス電圧がブレーク
ダウン電圧Ｖ８よりも大きくなった時にトンネル電流が
流れ始めるが、トンネル電流が一旦流れ始めると、空乏
層にキャリアが注入されこの空乏層が消失するので、ブ
レークダウン電圧■、よりも小さな電圧でもトンネル電
流が流れ続ける。

つまり、ブレークダウン電圧Ｖ、よりも大きな電圧まで
逆バイアスすると、薄［１３，２６に流れる電流はヒス
テリシス特性を示す。従って、電極１５．２５にスイッ
チング用のトランジスタ２２と電源３３とを接続するこ
とによって、１個のトランジスタ２２と１個のキャパシ
タ２１とからなるＳＲＡＭの１セルを形成することがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１及び第２実施例を、第１図〜第５図
を参照しながら説明する。

第１図は、整流素子に適用した第１実施例を示している
。この第１実施例では、半導体基板１１の表面のフィー
ルド酸化膜１２で囲まれた領域に薄い酸化膜１３が形成
されている。

酸化膜１３はトンネル効果を有する程に薄く、酸化膜１
３の直下にはＮ型不純物が所定濃度に拡散された不純物
拡散層１４が形成されており、また酸化膜１３上には多
結晶Ｓｉ層１５が形成されている。

第２図は、この様な第１実施例の不純物拡散層１４を接
地して多結晶５ｉＪｉ１５に正及び負の電圧を印加した
場合のＩ−Ｖ特性を示している。

まず、多結晶Ｓｉ層１５に正電圧を印加して順バイアス
すると、実線の特性１６で示す様に、最初はショットキ
・エミッション電流等が僅かに流れるだけであるが、酸
化ＭＪ、１３中の電界が５　Ｍ　Ｖ　ｃｍ程度となる電
圧■アから、フアクタ・ノルドハイム電流が流れ始める
。

これに対して、多結晶Ｓｉ層１５に負電圧を印加して逆
バイアスすると、不純物拡散層１４中に空乏層（図示せ
ず）が形成され、印加電圧は酸化膜１３よりも空乏層に
多くかかる。

このため、■ア程度の電圧では、酸化膜１３中の電界が
５ＭＶＣ１１−’程度よりも小さく、フアクタ・ノルド
ハイム電流は未だ流れていない。印加電圧を負方向に大
きくしてもそれに伴って空乏層が延びている間は、フア
クタ・ノルドハイムを流はやはり流れない。

しかし、空乏層の延びは不純物拡散［１４の不純物濃度
で制限されるので、空乏層の延びが止まって酸化膜１３
中の電界が５ＭＶｃｍ−’程度になる電圧■１で、フア
クタ・ノルドハイム電流が流れ始める。

そして−旦電流が流れ始めると、空乏層にキャリアが注
入されるのでこの空乏層が縮み、このために酸化ｆｆ＃
１３中の電界が更に高くなり、そのために空乏層が更に
縮む。この結果、空乏層が急激に消失し、酸化膜１３中
の伝導は通常のフアクタ・ノルドハイム型の伝導へ移行
する。つまり、電圧Ｖ、はブレークダウン電圧となって
いる。

従って、この第１実施例をブレークダウン電圧Ｖ、より
も小さな電圧下で用いれば、この第１実施例は整流素子
として機能する。

なお、空乏層の延びが不純物拡散層１４の不純物４度で
制限されるので、ブレークダウン電圧Ｖ。

も不純物拡散層１４の不純物濃度で制御することができ
る。即ちブレークダウン電圧Ｖ８は、不純物濃度が高い
程低く、低い程高い。

なお、半導体基板ＩＩの導電型はＰ型及びＮ型の何れで
もよい。また、この第１実施例では不純物拡散層１４が
Ｎ型であるが、Ｐ型でも同様の作用効果を得ることがで
きる。

第３図及び第４図は、ＳＲＡＭに適用した第２実施例を
示している。この第２実施例は、１個のメモリセル当り
１個のキャパシタ２］と１個のトランジスタ２２とを有
している。

即ち、Ｐ型の半導体基Ｆｉ２３中のＰ゛型の不純物拡散
層２４と半導体基板２３上の多結晶５ｉＮ２５とが、キ
ャパシタ２１の夫々一方及び他方の電極となっている。

また、半導体基板２３の表面で不純物拡散層２４と多結
晶Ｓｒ層２５との間にはトンネル効果を有する薄い酸化
膜２６が形成されており、この酸化Ｍ’２６がキャパシ
タ２１の誘電体膜となっている。

一方、半導体基Ｆｉ２３中のＮ゛型の不純物拡散層２７
．２８と半導体基板２３上の多結晶Ｓｉ層３１とが、ト
ランジスタ２２の夫々ソース・ドレイン領域及びゲート
電極となっている。

多結晶Ｓｉ層２５はフィールド酸化１１’Ｊ３２を越え
て不純物拡散層２７にまで達しており、両者は電気的に
接続されている。

また、半導体基板２３は接地されており、多結晶Ｓｉ［
２５、不純物拡散層２８及び多結晶Ｓｉ層３１は夫々電
源線３３、ビット線３４及びワード線３５に接続されて
いる。

第５図は、キャパシタ２１のＩ−Ｖ特性を示している。

キャパシタ２１では、不純物拡散層２４がＰ°型である
ので、多結晶５ｉｉ２５へ正電位を印加すると特性３６
を示す。この特性３６は、第２図に示した特性１７と同
じものである。

ところが、−旦ファウラ・ノルドハイム電流が流れ始め
ると、既述の様に不純物拡散層２４中の空乏層が消失す
る。従って、多結晶５ｉＪｉ２５へ印加する電圧が■、
より小さくても、フアクタ・ノルドハイム電流が流れ続
けるので、特性３７を示す。

つまり、多結晶Ｓｉ層２５に正電位を印加したときにキ
ャパシタ２１に流れる電流は、第５図中に矢印で示す様
なヒステリシス特性を示す。

従って、この第２実施例で低論理レベルの情報を書き込
むには、電圧■、よりも低い電源電圧■ＤＯを電源！３
３に印加した状態で、電圧■１よりも高い電圧■、をワ
ード線３５とピント線３４とに印加すればよい。すると
、トランジスタ２２がオン状態となりノード３８の電位
が■、となるので、特性３６に従ってキャパシタ２２に
電流が流れる。

−旦電流が流れると、ワード線３５及びビット線３４に
対する電圧印加を中止して電源線３３に対するＩＸ電圧
■Ｉ１１．の印加だけでも、特性３７に従ってキャパシ
タ２２には電流が流れ続ける。この結果、ノード３８の
電位がＯＶとなり、低論理レベルの情報が書き込まれた
ことになり、しかもこの状態が保持される。

一方、高論理レベルの情報を書き込むには、ワード綿３
５に電圧■。。を印加し、ビット線３４の電位をＯＶと
すればよい。すると、トランジスタ２２がオン状態とな
りノード３８の電位もｏＶとなるので、キャパシタ２１
に対する印加電圧も０■となり、キャパシタ２Ｉには電
流が流れなくなる。

一旦電流が流れなくなると、電源線３３に電源電圧Ｖｌ
ｌ＋１が印加されていても、特性３６に従ってキャパシ
タ２１には電流が流れない、この結果、ノード３８の電
位がＶＩＩＤとなり、高論理レベルの情軸が書き込まれ
たことになり、しかもこの状態が保持される。従ってこ
の第２実施例は、ＳＲＡＭとして機能する。

なお、ブレークダウン電圧■。は不純物拡散層２４の不
純物濃度によって制御可能であるので、この不純物濃度
によって■。。及び■□の最適値を決めることができる
。

また、この第２実施例ではキャパシタ２１の不純物拡散
層２４がＰ型でありトランジスタ２２がＮチャネル型で
あるが、キャパシタ２１の不純物拡散層２４がＮ型でト
ランジスタ２２がＰチャネル型でも同様の作用効果を得
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明による半導体装置では、不純物含有領域の不純物
濃度によってブレークダウン電圧が制御されているので
、このブレークダウン電圧の制御が容易である。

また、ブレークダウン電圧よりも小さな電圧下では、順
バイアスでトンネル電流を流し、逆バイアスでトンネル
電流を流さない様にすることができるので、整流素子と
して用いることができる。

また、１個のトランジスタと１個のキャパシタとからな
るＳＲＡＭの１セルを形成することができるので、集積
度の高いＳＲＡＭを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の側断面図、第２図は第１
実施例のＩ−Ｖ特性を示すグラフ、第３図は第２実施例
の側断面図、第４図は第２実施例の回路図、第５図は第
２実施例のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。なお図面に用いた符号において、１３・−・・−・・・・・−・−−−一−−酸化膜１４
・・・・・−・・・・・・・・・−不純物拡散層１５・
・・・−・−・・・−・・多結晶ｓｉ層２１−・・・−
−−−一−・・・・・キャパシタ２２・・−・・−・−
・−トランジスタ２４・・・・・−・−・−一−−−不
純物拡散層２５・−・−・−−−−・−一一一−・−多
結晶Ｓｉ層２６−・・−・・・−−−−一酸化膜３３・・・・・・−・・−・・−−一−−・ｉｔａ＋；
を線である。

Claims

【特許請求の範囲】１、不純物含有領域上に形成されておりトンネル効果を
有している薄膜と、この薄膜上に形成されている電極とを夫々具備し、前記不純物の濃度によってブレークダウン電圧が制御さ
れている半導体装置。２、前記ブレークダウン電圧よりも小さな電圧下で整流
素子として用いる様にした請求項１記載の半導体装置。３、前記電極にスイッチング用のトランジスタと電源と
が接続されており、前記薄膜にトンネル電流が流れている状態と流れていな
い状態とを記憶情報とするメモリ装置として用いる様に
した請求項１記載の半導体装置。