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JP2001326289A - Nonvolatile memory and semiconductor device - Google Patents

Nonvolatile memory and semiconductor device

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Publication number
JP2001326289A
JP2001326289A JP2001063434A JP2001063434A JP2001326289A JP 2001326289 A JP2001326289 A JP 2001326289A JP 2001063434 A JP2001063434 A JP 2001063434A JP 2001063434 A JP2001063434 A JP 2001063434A JP 2001326289 A JP2001326289 A JP 2001326289A
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JP
Japan
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memory
tft
nonvolatile memory
memory cell
gate electrode
Prior art date
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JP2001063434A
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Inventor
Kiyoshi Kato
清 加藤
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2001063434A priority Critical patent/JP2001326289A/en
Publication of JP2001326289A publication Critical patent/JP2001326289A/en
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 低電源電圧化、低消費電力化を可能とする不
揮発性メモリ、高/多機能化、小型化を可能とする不揮
発性メモリおよび不揮発性メモリを具備する半導体装置
を提供する。 【解決手段】 不揮発性メモリを完全空乏型のメモリT
FT(薄膜トランジスタ)によって構成されるメモリセ
ルアレイ、メモリセルの駆動回路および他の周辺回路に
よって構成し、これらを同一基板上に一体形成する。ま
た半導体装置を構成する画素部と画素部を駆動する駆動
回路と不揮発性メモリとを、絶縁表面を有する基板上に
一体形成する。完全空乏型のメモリTFTを用いること
により不揮発性メモリの低電源電圧化、低消費電力化、
書き換え回数向上が可能となる。TFTによって構成さ
れた回路および半導体部品と一体形成することにより不
揮発性メモリおよび半導体装置の高/多機能化及び小型
化が実現される。
(57) [Summary] (Modified) [PROBLEMS] To provide a non-volatile memory capable of low power supply voltage and low power consumption, a non-volatile memory capable of high / multifunctionalization and miniaturization, and a non-volatile memory Provided is a semiconductor device having the same. SOLUTION: The nonvolatile memory is a completely depleted memory T.
It is composed of a memory cell array composed of FT (thin film transistor), a driving circuit of the memory cell, and other peripheral circuits, which are integrally formed on the same substrate. Further, a pixel portion, a driver circuit for driving the pixel portion, and a nonvolatile memory included in the semiconductor device are formed over a substrate having an insulating surface. By using a fully-depleted memory TFT, the power supply voltage and power consumption of the nonvolatile memory can be reduced.
The number of rewrites can be improved. By integrally forming with a circuit and a semiconductor component constituted by a TFT, a nonvolatile memory and a semiconductor device with high / multifunctionality and miniaturization can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本願発明はSOI(Silicon
On Insulator)技術を用いて形成される薄膜トランジス
タ(以下TFTという)で構成された半導体不揮発性メ
モリに関する。特に、その駆動回路を含む周辺回路と共
に同一基板上に一体形成された、電気的書き込み及び消
去可能な半導体不揮発性メモリ(以下EEPROMまた
はElectrically Erasable and Programmable Read Only
Memoryという)に関する。また、TFTで構成された
画素部、画素部を駆動する駆動回路、および不揮発性メ
モリが同一基板上に一体形成された半導体装置に関す
る。
[0001] The present invention relates to SOI (Silicon).
The present invention relates to a semiconductor non-volatile memory including thin film transistors (hereinafter, referred to as TFTs) formed by using an On Insulator technique. In particular, an electrically writable and erasable semiconductor non-volatile memory (hereinafter referred to as an EEPROM or an electrically erasable and programmable read only) integrally formed on the same substrate together with a peripheral circuit including its driving circuit.
Memory). Further, the present invention relates to a semiconductor device in which a pixel portion including a TFT, a driving circuit for driving the pixel portion, and a nonvolatile memory are formed over the same substrate.

【0002】なお、本願明細書において、電気的書き込
み及び消去可能な半導体不揮発性メモリ(EEPRO
M)とは、文字通り、電気的な書き込みおよび電気的な
消去が可能な半導体不揮発性メモリの全体を指し、例え
ば、フラッシュメモリをその範疇に含む。また、単に不
揮発性メモリあるいは半導体不揮発性メモリと言った場
合、特に断りのない限り、EEPROMを指す。なお、
本願明細書において、薄膜トランジスタ(TFT)と
は、SOI技術を用いて形成されるトランジスタの全体
を指し、SOI技術を用いて形成されるメモリ素子(以
下メモリTFTという)をその範疇に含む。勿論、絶縁
表面を有する基板上に形成されたものであっても、SO
I基板上に形成されたものであっても構わない。また、
本願明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用
することで機能する装置全般を指し、例えば、液晶表示
装置およびEL表示装置に代表される電気光学装置、お
よび電気光学装置を搭載した電子機器をその範疇に含
む。
In the specification of the present application, an electrically writable and erasable semiconductor nonvolatile memory (EEPRO)
M) literally refers to the entirety of an electrically rewritable and electrically erasable semiconductor nonvolatile memory, and includes, for example, a flash memory in its category. Further, when simply referred to as a nonvolatile memory or a semiconductor nonvolatile memory, it refers to an EEPROM unless otherwise specified. In addition,
In this specification, a thin film transistor (TFT) refers to an entire transistor formed using an SOI technique, and includes a memory element (hereinafter, referred to as a memory TFT) formed using an SOI technique in its category. Of course, even if it is formed on a substrate having an insulating surface, SO
It may be formed on an I substrate. Also,
In this specification, a semiconductor device generally refers to a device that functions by utilizing semiconductor characteristics, and includes, for example, an electro-optical device represented by a liquid crystal display device and an EL display device, and an electronic device including the electro-optical device. Included in that category.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、半導体装置の多機能化、高機能化
および小型化が急速に進むなかで、半導体装置における
メモリの重要性がますます高まってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices have rapidly become multifunctional, highly functional, and miniaturized, memories have become increasingly important in semiconductor devices.

【0004】例えば磁気ディスクは、記憶容量が大きい
こと、不揮発性であること、等からコンピュータの外部
記憶装置をはじめとして、現在最もよく用いられる記憶
装置の一つである。しかしながら、携帯型コンピュー
タ、携帯電話といった携帯機器が急速に普及するなか
で、磁気ディスクが抱える問題点、特に小型化が難し
い、振動に弱い、消費電力が大きい、といった問題点は
より深刻となっている。
[0004] For example, a magnetic disk is one of the most frequently used storage devices at present, including an external storage device of a computer because of its large storage capacity and non-volatility. However, with the rapid spread of portable devices such as portable computers and mobile phones, the problems with magnetic disks, especially those that are difficult to reduce in size, are susceptible to vibration, and consume large amounts of power, have become more serious. I have.

【0005】これらの欠点を克服するメモリとして注目
を浴びているのが、半導体不揮発メモリ(特に、EEP
ROM)である。半導体不揮発メモリは磁気ディスクと
同様に不揮発性であるが、磁気を利用するのではなく、
半導体(主に、バルクシリコン)を用いて作製され、電
気的に読み出し、書き込みおよび消去を行う。半導体不
揮発性メモリは磁気ディスクと比べ、集積度が高く、衝
撃に強く、消費電力も小さい。また、書き込み/読み出
し速度は、磁気ディスクの数十倍である。以前は書き換
え回数やデータ保持時間に関する問題点が指摘された
が、最近は十分な性能を有するものが開発されてきてい
る。
[0005] A semiconductor non-volatile memory (especially EEP) has attracted attention as a memory that overcomes these disadvantages.
ROM). Semiconductor nonvolatile memory is nonvolatile like a magnetic disk, but instead of using magnetism,
It is manufactured using a semiconductor (mainly, bulk silicon), and electrically performs reading, writing, and erasing. Semiconductor non-volatile memories have a higher degree of integration, are more resistant to impacts, and consume less power than magnetic disks. The writing / reading speed is several tens of times faster than that of a magnetic disk. Previously, problems related to the number of times of rewriting and data retention time were pointed out, but recently those having sufficient performance have been developed.

【0006】特に、フラッシュタイプの消去を行う半導
体不揮発性メモリ(フラッシュメモリという)において
は、さらに高い集積度が実現され、現在の半導体不揮発
性メモリの主流となっている。なお、フラッシュタイプ
の消去とは、メモリ全体の一括消去、またはメモリのブ
ロック単位の消去を指す。
In particular, in a semiconductor nonvolatile memory for performing flash-type erasing (referred to as a flash memory), a higher degree of integration is realized, and the semiconductor nonvolatile memory is currently the mainstream. The flash type erasing refers to erasing the entire memory at once or erasing the memory in block units.

【0007】このような背景から、近年、半導体不揮発
性メモリを磁気ディスクの代替品として用いる動きが高
まってきた。そしてすでに様々な分野への開発、商品化
が進んでいる。その一例として、メモリーカード(メモ
リースティックともいう)が挙げられる。記憶容量をそ
れほど必要としないメモリーカードは、半導体不揮発性
メモリの利点が最も活かされる分野であり、今後、音
楽、映像、地図、電子本等を記憶する記憶媒体として急
速に普及することが予想される。また一方で、システム
に特化したメモリの開発も行われている。例えば、すで
にコンピュータ内のメモリの一部として、或はプリンタ
ー、通信機器等の格納メモリとして半導体不揮発性メモ
リが用いられている。
[0007] Against this background, there has been an increasing trend in recent years to use semiconductor non-volatile memories as substitutes for magnetic disks. And development and commercialization in various fields are already in progress. One example is a memory card (also called a memory stick). Memory cards that do not require much storage capacity are areas where the advantages of semiconductor non-volatile memory are most utilized, and are expected to rapidly spread in the future as storage media for storing music, videos, maps, electronic books, and the like. You. On the other hand, a memory specialized for a system is also being developed. For example, a semiconductor nonvolatile memory is already used as a part of a memory in a computer or as a storage memory of a printer, a communication device, or the like.

【0008】ここで、従来の半導体不揮発性メモリに用
いられる代表的なメモリ素子の断面構造と動作原理につ
いて簡単に説明する。図3にメモリ素子の摸式的な断面
構造を示す。図3において、メモリ素子301は、p型
のバルクシリコン基板302上に形成され、第1のゲー
ト絶縁膜305、フローティングゲート電極306、第
2のゲート絶縁膜307、コントロールゲート電極30
8が順に積層された構造となっている。また、シリコン
基板の表面付近には、ソース/ドレイン領域(高濃度n
型不純物領域)303、304が形成されている。
Here, the sectional structure and operation principle of a typical memory element used in a conventional semiconductor nonvolatile memory will be briefly described. FIG. 3 shows a schematic sectional structure of the memory element. 3, a memory element 301 is formed on a p-type bulk silicon substrate 302, and has a first gate insulating film 305, a floating gate electrode 306, a second gate insulating film 307, and a control gate electrode 30.
8 are sequentially laminated. In the vicinity of the surface of the silicon substrate, source / drain regions (high concentration n
(Type impurity regions) 303 and 304 are formed.

【0009】メモリ素子は、フローティングゲート電極
への電荷(主に電子)の注入と放出によってメモリ機能
を実現する。つまり、フローティングゲート電極に電荷
が蓄積された場合と、蓄積されていない場合におけるし
きい値電圧の違いを利用して、1ビットのデータを記憶
する。メモリ素子のデータ書き込みは、例えば、ドレイ
ン−ソース間およびコントロールゲート電極−ソース間
に正の高電圧を印加し、インパクトイオン化によって発
生したホットキャリア(主にホットエレクトロン)をフ
ローティングゲート電極へ注入することによって行う。
また、メモリ素子のデータ消去は、例えば、コントロー
ルゲート電極−ソース間に負の高電圧を印加し、トンネ
ル電流(FN電流、ファウラノルドハイム電流)によっ
てフローティングゲート電極に蓄積された電子をソース
領域へ放出することによって行う。
The memory element realizes a memory function by injecting and discharging charges (mainly electrons) to and from the floating gate electrode. That is, 1-bit data is stored by utilizing the difference in threshold voltage between when charge is accumulated in the floating gate electrode and when charge is not accumulated. For writing data in a memory element, for example, a positive high voltage is applied between a drain and a source and between a control gate electrode and a source, and hot carriers (mainly hot electrons) generated by impact ionization are injected into a floating gate electrode. Done by
For erasing data from the memory element, for example, a negative high voltage is applied between the control gate electrode and the source, and electrons accumulated in the floating gate electrode by a tunnel current (FN current, Fowler-Nordheim current) are transferred to the source region. Perform by releasing.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、不揮
発性メモリは、多くの分野への開発、商品化が進むとと
もに、磁気ディスクの代替品として注目されている。し
かし一方で、不揮発性メモリ特有の課題やメモリとして
の要求は多い。
As described above, the non-volatile memory has been developed and commercialized in many fields, and has attracted attention as a substitute for a magnetic disk. However, on the other hand, there are many problems unique to nonvolatile memories and demands for memories.

【0011】まず、不揮発性メモリ特有の課題として、
低電源電圧化が挙げられる。上述したように、不揮発性
メモリは書き込み時および消去時に高電圧を必要とす
る。そのため、不揮発性メモリをシステムに組み込もう
とすると、新たに高電圧電源が必要となり、装置の小型
化、低コスト化等の妨げとなってしまう。また、他の記
録媒体との互換性等の点からも、不揮発性メモリの低電
源電圧化は重要な課題となっている。
First, as a problem peculiar to the nonvolatile memory,
Lower power supply voltage is an example. As described above, the non-volatile memory requires a high voltage at the time of writing and erasing. Therefore, if a non-volatile memory is to be incorporated into a system, a new high-voltage power supply is required, which hinders miniaturization and cost reduction of the device. Also, from the viewpoint of compatibility with other recording media and the like, reducing the power supply voltage of the nonvolatile memory is an important issue.

【0012】この他、携帯機器への応用においては、不
揮発性メモリおよび不揮発性メモリを具備する半導体装
置の小型化および消費電力の低減が重要な課題として挙
げられる。小型化を行う手段としては、メモリ素子の微
細化、多値化等が挙げられるが、一方で、従来の不揮発
性メモリはパッケージに収められており、不揮発性メモ
リを具備する半導体装置の小型化に支障をきたしてい
た。
[0012] In addition, in application to portable equipment, miniaturization and reduction of power consumption of a nonvolatile memory and a semiconductor device having the nonvolatile memory are also important issues. Means for downsizing include miniaturization and multi-valued memory elements. On the other hand, conventional non-volatile memories are housed in packages, and miniaturization of semiconductor devices provided with the non-volatile memories. Had trouble.

【0013】本願発明は、上記の事情を鑑みてなされた
ものである。本願発明は、低電源電圧化および低消費電
力化を可能とすると共に、多機能あるいは高機能であっ
てしかも小型の不揮発性メモリおよび不揮発性メモリを
具備する半導体装置を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances. It is an object of the present invention to provide a small-sized non-volatile memory which has a low power supply voltage and low power consumption, is multifunctional or highly functional, and has a non-volatile memory. .

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本願発明では、不揮発性
メモリを、絶縁表面を有する基板またはSOI(Silico
n On Insulator)基板上に形成されるメモリTFTを用
いて構成する。さらに本願発明では、低電源電圧化およ
び低消費電力化を妨げる要因である、書き込み時および
消去時に流れる大電流を低減する手段として、不揮発性
メモリを完全空乏型のメモリTFTを用いて構成する。
According to the present invention, a nonvolatile memory is replaced with a substrate having an insulating surface or an SOI (Silicon).
n On Insulator) It is configured using a memory TFT formed on a substrate. Further, according to the present invention, as a means for reducing a large current flowing at the time of writing and erasing, which is a factor that hinders a reduction in power supply voltage and power consumption, a nonvolatile memory is configured using a completely depleted memory TFT.

【0015】なお、本明細書において、完全空乏型のT
FT(メモリTFTを含む)とは、半導体活性層の厚さ
がチャネル領域に形成される空乏層の厚さよりも薄いT
FTのことをいう。完全空乏型のTFTの半導体活性層
は、典型的にはチャネル長の1/4以下の膜厚を有す
る。従って、本願発明では、不揮発性メモリを半導体活
性層の膜厚が1nm以上、チャネル長の1/4以下である
メモリTFTによって構成すると言ってもよい。また、
後述する完全空乏型のTFTの特徴をより顕著に引き出
すためには、半導体活性層の膜厚が1nm〜50nmである
ことが好ましい。
In this specification, a fully depleted T
An FT (including a memory TFT) is a TFT in which the thickness of a semiconductor active layer is smaller than the thickness of a depletion layer formed in a channel region.
Refers to FT. The semiconductor active layer of a fully depleted TFT typically has a film thickness of 1 / or less of the channel length. Therefore, in the present invention, it may be said that the nonvolatile memory is constituted by a memory TFT whose semiconductor active layer has a thickness of 1 nm or more and a channel length of 1/4 or less. Also,
The thickness of the semiconductor active layer is preferably 1 nm to 50 nm in order to bring out the characteristics of a fully depleted TFT described later more remarkably.

【0016】本願発明により、不揮発性メモリを、TF
Tによって構成されたあらゆる回路と一体形成すること
が可能となる。特に、メモリセルの駆動回路(代表的に
は、アドレスデコーダ)やその他の周辺回路を一体形成
することにより、従来よりも小型の不揮発性メモリを提
供することが可能となる。また、TFTによって構成さ
れた画素部および画素部を駆動する駆動回路を有する半
導体装置において、新たにメモリ部として不揮発性メモ
リを一体形成し、そのシステムに組み込むことにより、
多機能または高機能、かつ小型の半導体装置を提供する
ことが可能となる。
According to the present invention, the non-volatile memory is replaced with TF
It can be formed integrally with any circuit constituted by T. In particular, by integrally forming a memory cell driver circuit (typically, an address decoder) and other peripheral circuits, a nonvolatile memory smaller than a conventional memory can be provided. Further, in a semiconductor device having a pixel portion constituted by a TFT and a driving circuit for driving the pixel portion, a nonvolatile memory is newly formed as a memory portion and incorporated in the system,
It is possible to provide a multifunctional or high-functional and small semiconductor device.

【0017】また、完全空乏型のメモリTFTは、バル
クシリコン上のメモリ素子あるいは半導体活性層が空乏
層よりも厚いメモリ素子と比較して、多くの優れた特徴
を有する。
A fully depleted memory TFT has many superior features as compared with a memory element on bulk silicon or a memory element having a semiconductor active layer thicker than a depletion layer.

【0018】まず、書き込み時においては、メモリTF
Tの半導体活性層が薄いためインパクトイオン化(impa
ct ionization、インパクトイオナイゼイション、ある
いは衝突電離)が起こりやすくなり、ホットキャリア注
入による書き込みをより低電圧かつ小電流で行うことが
可能となる。
First, at the time of writing, the memory TF
Impact ionization (impa) due to the thin semiconductor active layer of T
Ct ionization, impact ionization, or impact ionization) easily occur, and writing by hot carrier injection can be performed with a lower voltage and a smaller current.

【0019】消去時においては、従来バンド間トンネル
電流によって電流が増加するという問題があった。これ
はバルクシリコンの場合、基板の電位が固定されるた
め、基板とソース又はドレイン間に高い電位差が生じる
ことによる。しかし完全空乏型のメモリTFTにおいて
は、半導体活性層がバルクシリコンのように固定電位を
与えられていないため、ソース領域又はドレイン領域と
チャネル形成領域との間にかかる電界は緩和される。そ
の結果、バンド間トンネル電流が低減され、消去時に流
れる電流は減少する。
At the time of erasing, there has conventionally been a problem that the current increases due to the interband tunnel current. This is because, in the case of bulk silicon, since the potential of the substrate is fixed, a high potential difference occurs between the substrate and the source or drain. However, in a fully-depleted memory TFT, the electric field applied between the source or drain region and the channel formation region is reduced because the semiconductor active layer is not given a fixed potential unlike bulk silicon. As a result, the band-to-band tunnel current is reduced, and the current flowing during erasure is reduced.

【0020】このように、書き込みおよび消去時の電流
が減少することによって、消費電力が減少する。また、
電流負荷の低減および電圧降下の低減によって昇圧回路
による昇圧が容易となり、低電源電圧化が可能となる。
さらに、書き込み時および消去時の電流の低減は書き換
え回数の向上をもたらし、不揮発性メモリの信頼性の向
上をもたらす。
As described above, the power consumption is reduced by reducing the current at the time of writing and erasing. Also,
By reducing the current load and the voltage drop, the boosting by the boosting circuit is facilitated, and the power supply voltage can be reduced.
Further, the reduction in the current at the time of writing and erasing leads to an increase in the number of times of rewriting, and an improvement in the reliability of the nonvolatile memory.

【0021】また、完全空乏型のメモリTFTは、接合
容量と空乏層容量が小さいことが特徴である。接合容量
が小さいと、消費電力が減少する。また、メモリ素子に
流れる電流のオン/オフが高速になる。つまりホットキ
ャリア注入による書き込みや読み出し速度が向上する。
一方、空乏層容量が小さいと、良好なサブスレッショル
ド特性が得られる。これにより書き込み/消去によるし
きい値電圧の変化が実効的に増大し、より低電圧での動
作が可能となる。
A fully depleted memory TFT is characterized in that the junction capacitance and the depletion layer capacitance are small. When the junction capacitance is small, power consumption is reduced. Further, on / off of the current flowing through the memory element is increased. That is, the writing and reading speed by hot carrier injection is improved.
On the other hand, if the capacitance of the depletion layer is small, good subthreshold characteristics can be obtained. As a result, the change in threshold voltage due to writing / erasing is effectively increased, and operation at a lower voltage becomes possible.

【0022】なお、本願発明の不揮発性メモリにおい
て、メモリセルと一体形成されるメモリセルの駆動回路
および他の周辺回路を構成するTFTを完全空乏型にす
ること、および本願発明の半導体装置において、メモリ
部と一体形成される画素部及び画素部を駆動する駆動回
路を構成するTFTを完全空乏型にすること、は有効で
ある。これにより、メモリセル以外の回路部において
も、動作の高速化、低消費電力化、低電圧化を実現する
ことが可能となる。
In the nonvolatile memory of the present invention, the TFT constituting the memory cell drive circuit and other peripheral circuits formed integrally with the memory cell is made completely depleted, and in the semiconductor device of the present invention, It is effective to use a completely depleted TFT in a pixel portion formed integrally with a memory portion and a TFT forming a driver circuit for driving the pixel portion. As a result, it is possible to achieve high-speed operation, low power consumption, and low voltage in a circuit section other than the memory cell.

【0023】以下に、本願発明の構成を示す。The configuration of the present invention will be described below.

【0024】複数のメモリセルがマトリクス状に配置さ
れたメモリセルアレイと、メモリセルの駆動回路と、を
少なくとも備えた不揮発性メモリであって、前記メモリ
セルアレイと前記メモリセルの駆動回路とは同一基板上
に一体形成され、前記複数のメモリセルはそれぞれメモ
リTFTを少なくとも有しており、前記メモリTFT
は、半導体活性層と、第1のゲート絶縁膜と、フローテ
ィングゲート電極と、第2のゲート絶縁膜と、コントロ
ールゲート電極と、を少なくとも備えており、前記メモ
リTFTは完全空乏型であることを特徴とする不揮発性
メモリが提供される。
A nonvolatile memory including at least a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix and a memory cell driving circuit, wherein the memory cell array and the memory cell driving circuit are on the same substrate. Wherein the plurality of memory cells each have at least a memory TFT, and
Comprises at least a semiconductor active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a second gate insulating film, and a control gate electrode, wherein the memory TFT is a fully depleted type. A nonvolatile memory is provided.

【0025】複数のメモリセルがマトリクス状に配置さ
れたメモリセルアレイと、メモリセルの駆動回路と、を
少なくとも備えた不揮発性メモリであって、前記メモリ
セルアレイと前記メモリセルの駆動回路とは同一基板上
に一体形成され、前記複数のメモリセルはそれぞれメモ
リTFTを少なくとも有しており、前記メモリTFT
は、半導体活性層と、第1のゲート絶縁膜と、フローテ
ィングゲート電極と、第2のゲート絶縁膜と、コントロ
ールゲート電極と、を少なくとも備えており、前記メモ
リTFTの半導体活性層の膜厚は、1nm以上であり、か
つ、前記メモリTFTのチャネル長の1/4以下である
ことを特徴とする不揮発性メモリが提供される。
A non-volatile memory including at least a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix and a memory cell driving circuit, wherein the memory cell array and the memory cell driving circuit are on the same substrate. Wherein the plurality of memory cells each have at least a memory TFT, and
Comprises at least a semiconductor active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, a second gate insulating film, and a control gate electrode. The semiconductor active layer of the memory TFT has a thickness of A non-volatile memory characterized by being at least 1 nm and not more than 1/4 of the channel length of the memory TFT.

【0026】前記メモリTFTの半導体活性層の膜厚
は、1〜50nmであることが好ましい。
The thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT is preferably 1 to 50 nm.

【0027】前記メモリセルアレイまたは前記メモリセ
ルの駆動回路を構成するTFTは完全空乏型であっても
良い。
The TFT constituting the memory cell array or the driving circuit of the memory cell may be of a completely depleted type.

【0028】前記メモリセルアレイまたは前記メモリセ
ルの駆動回路を構成するTFTの半導体活性層の膜厚
は、1nm以上であり、かつ、前記TFTのチャネル長の
1/4以下であっても良い。
The thickness of the semiconductor active layer of the TFT constituting the memory cell array or the drive circuit of the memory cell may be 1 nm or more and 1/4 or less of the channel length of the TFT.

【0029】前記メモリセルアレイまたは前記メモリセ
ルの駆動回路を構成するTFTの半導体活性層の膜厚
は、1〜50nmであっても良い。
The thickness of the semiconductor active layer of the TFT constituting the memory cell array or the drive circuit of the memory cell may be 1 to 50 nm.

【0030】前記複数のメモリセルがそれぞれ有するT
FTは前記メモリTFTだけであっても良い。
Each of the plurality of memory cells has a T
The FT may be only the memory TFT.

【0031】前記複数のメモリセルがそれぞれ有するT
FTは前記メモリTFTとスイッチングTFTであって
も良い。
Each of the plurality of memory cells has a T
FT may be the memory TFT and the switching TFT.

【0032】前期不揮発性メモリは、フラッシュタイプ
の消去を行っても良い。
The non-volatile memory may perform flash-type erasing.

【0033】前記基板とは、絶縁表面を有する基板であ
っても良い。
[0033] The substrate may be a substrate having an insulating surface.

【0034】前記基板とは、SOI基板であっても良
い。
[0034] The substrate may be an SOI substrate.

【0035】複数の画素がマトリクス状に配置された画
素部と、前期画素部を駆動する駆動回路と、前期不揮発
性メモリと、を少なくとも備えた半導体装置であって、
前記画素部と前記駆動回路と前記不揮発性メモリとは、
絶縁表面を有する基板上に一体形成されることを特徴と
する半導体装置が提供される。
A semiconductor device comprising at least a pixel portion in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, a driving circuit for driving the pixel portion, and a non-volatile memory,
The pixel unit, the drive circuit, and the nonvolatile memory,
A semiconductor device is provided which is formed over a substrate having an insulating surface.

【0036】前記半導体装置として、液晶表示装置、或
いはEL表示装置が提供される。
As the semiconductor device, a liquid crystal display device or an EL display device is provided.

【0037】前記半導体装置とは、ディスプレイ、ビデ
オカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、DVDプレー
ヤー、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュー
タ、携帯電話、カーオーディオが提供される。
The semiconductor device includes a display, a video camera, a head mounted display, a DVD player, a goggle type display, a personal computer, a mobile phone, and a car audio.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下に、本願発明の不揮発性メモ
リの回路図及び駆動方法の説明を行う。本実施の形態で
は、不揮発性メモリとしてm×nビットのNOR型フラ
ッシュメモリ(m、nはそれぞれ1以上の整数)を例に
とって説明するが、本実施の形態と異なる例について
は、実施例2〜4を参照することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a circuit diagram and a driving method of a nonvolatile memory according to the present invention will be described. In the present embodiment, an mxn-bit NOR type flash memory (m and n are each an integer of 1 or more) will be described as an example of a nonvolatile memory, but an example different from the present embodiment will be described in Example 2. ~ 4 can be referred to.

【0039】図1に本願発明の不揮発性メモリの回路図
を示す。本実施の形態の不揮発性メモリは、複数のメモ
リセルが縦m個×横n個のマトリクス状に配置されたメ
モリセルアレイ105、Xアドレスデコーダ101、Y
アドレスデコーダ102、および他の周辺回路103、
104によって構成される。各メモリセルは1つのメモ
リTFTを有しており、1ビットの情報を記憶すること
ができるため、本実施の形態の不揮発性メモリは、m×
nビットの記憶容量を有する。また、他の周辺回路に
は、アドレスバッファ回路、コントロールロジック回
路、センスアンプ、昇圧回路、等が含まれ、必要に応じ
て設けられる。なお、メモリTFT(1、1)〜(n、
m)はnチャネル型またはpチャネル型のいずれの導電
型TFTでも良いが、本実施の形態では、nチャネル型
TFTとする。
FIG. 1 is a circuit diagram of a nonvolatile memory according to the present invention. The nonvolatile memory according to the present embodiment includes a memory cell array 105 in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix of m rows × n rows, an X address decoder 101, and a Y cell.
Address decoder 102, and other peripheral circuits 103,
104. Since each memory cell has one memory TFT and can store 1-bit information, the nonvolatile memory according to the present embodiment has mx
It has an n-bit storage capacity. Other peripheral circuits include an address buffer circuit, a control logic circuit, a sense amplifier, a booster circuit, and the like, and are provided as necessary. Note that the memory TFTs (1, 1) to (n,
m) may be an n-channel type or p-channel type TFT, but in this embodiment, it is an n-channel type TFT.

【0040】本願発明の不揮発性メモリはSOI技術を
用いて形成されるため、メモリセルの駆動回路(本実施
の形態では、Xアドレスデコーダ101、Yアドレスデ
コーダ102)、および他の周辺回路103、104と
共に、絶縁表面を有する基板上またはSOI基板上に一
体形成することができ、小型の不揮発性メモリが実現で
きる。さらに、TFTによって構成されるいかなる半導
体装置の部品とも一体形成することが可能であり、多機
能化、高機能化、および小型化が可能な不揮発性メモリ
を具備する半導体装置を提供することが可能となる。そ
のような半導体装置例については、実施例10、11を
参照することができる。
Since the nonvolatile memory of the present invention is formed by using the SOI technology, the driving circuit of the memory cell (the X address decoder 101 and the Y address decoder 102 in the present embodiment) and the other peripheral circuits 103 Together with the semiconductor device 104, the semiconductor device can be formed over a substrate having an insulating surface or an SOI substrate, so that a small-sized nonvolatile memory can be realized. Further, the semiconductor device can be integrally formed with any part of a semiconductor device including a TFT, and a semiconductor device including a nonvolatile memory which can be multifunctional, highly functional, and miniaturized can be provided. Becomes Embodiments 10 and 11 can be referred to for such a semiconductor device example.

【0041】図1において、i番目の列に配置されてい
るm個のメモリセルを構成するメモリTFT(i、
1)、(i、2)〜(i、m)は、ドレイン電極および
ソース電極にビット線Biおよびソース線Siがそれぞ
れ接続されている(iは1以上n以下の整数)。また、
j番目の行に配置されているn個のメモリセルを構成す
るメモリTFT(1、j)、(2、j)〜(n、j)
は、コントロールゲート電極にワード線Wjが接続され
ている(jは1以上m以下の整数)。ビット線B1〜B
nおよびワード線W1〜Wmは、Xアドレスデコーダ1
01およびYアドレスデコーダ102にそれぞれ接続さ
れている。また、ソース線S1〜Snは共通に所定の電
位Vsが与えられる。
In FIG. 1, the memory TFTs (i, i, i) constituting m memory cells arranged in the i-th column
In 1), (i, 2) to (i, m), a bit line Bi and a source line Si are connected to a drain electrode and a source electrode, respectively (i is an integer of 1 or more and n or less). Also,
Memory TFTs (1, j), (2, j) to (n, j) constituting n memory cells arranged in the j-th row
Has a word line Wj connected to the control gate electrode (j is an integer of 1 to m). Bit lines B1 to B
n and word lines W1 to Wm are connected to X address decoder 1
01 and the Y address decoder 102 respectively. Further, a predetermined potential Vs is commonly applied to the source lines S1 to Sn.

【0042】図1に示した不揮発性メモリはNOR型フ
ラッシュメモリと呼ばれ、データの消去はフラッシュタ
イプの消去(メモリ全体の一括消去、またはブロック毎
の消去)が行われる。また、データの書き込みと読み出
しは、Xアドレスデコーダ101およびYアドレスデコ
ーダ102によって、特定のメモリセルが指定され、1
ビット毎に行われる。
The non-volatile memory shown in FIG. 1 is called a NOR flash memory, and data is erased by flash-type erasing (collective erasing of the entire memory or erasing of each block). In addition, when writing and reading data, a specific memory cell is designated by the X address decoder 101 and the Y address decoder 102.
This is performed for each bit.

【0043】なお、本願発明の不揮発性メモリは、図1
に示したNOR型フラッシュメモリに限られるわけでは
なく、NAND型フラッシュメモリ(実施例4参照)
や、メモリセルをメモリTFTとスイッチングTFTか
らなる複数のTFTによって構成するNOR型フル機能
EEPROM(実施例3参照)、および他の公知の不揮
発性メモリであっても構わない。
The nonvolatile memory according to the present invention has a structure shown in FIG.
The present invention is not limited to the NOR type flash memory shown in FIG.
Alternatively, a NOR type full-function EEPROM (see Embodiment 3) in which a memory cell is constituted by a plurality of TFTs including a memory TFT and a switching TFT, or another known nonvolatile memory may be used.

【0044】次に、図1に示した不揮発性メモリを構成
するメモリTFTの断面構造について、図2を用いて説
明する。
Next, a sectional structure of a memory TFT constituting the nonvolatile memory shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0045】図2において、メモリTFT213は、ソ
ース領域202、ドレイン領域204およびチャネル形
成領域203からなる半導体活性層、第1のゲート絶縁
膜205、フローティングゲート電極206、第2のゲ
ート絶縁膜207、およびコントロールゲート電極20
8を有する。また、層間膜209上に、コンタクトホー
ルを通して、ソース配線210、ドレイン配線211お
よびコントロールゲート配線212が引き出されてい
る。
In FIG. 2, a memory TFT 213 includes a semiconductor active layer including a source region 202, a drain region 204, and a channel forming region 203, a first gate insulating film 205, a floating gate electrode 206, a second gate insulating film 207, And control gate electrode 20
8 In addition, a source wiring 210, a drain wiring 211, and a control gate wiring 212 are drawn out through the contact hole on the interlayer film 209.

【0046】本願発明は、不揮発性メモリを形成するメ
モリTFTが完全空乏型であることを特徴とする。典型
的には、メモリTFTの半導体活性層の厚さが1nm以
上、メモリ素子のチャネル長の1/4以下であればよ
い。さらに、メモリTFTの半導体活性層の厚さが1nm
〜50nmの範囲であることが好ましい。
The present invention is characterized in that the memory TFT forming the nonvolatile memory is a completely depleted type. Typically, the thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT may be 1 nm or more and 1/4 or less of the channel length of the memory element. Further, the thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT is 1 nm.
It is preferably in the range of 〜50 nm.

【0047】メモリTFT213を上記のような構造と
することにより、バルクシリコン上に形成されたメモリ
TFT(図3参照)、あるいは本実施の形態よりも膜厚
が厚い半導体活性層を有するメモリTFTと比較して、
多くの優れた特徴を有する。以下に、メモリTFTの動
作原理と共に、その特徴について述べる。
With the above structure of the memory TFT 213, a memory TFT formed on bulk silicon (see FIG. 3) or a memory TFT having a semiconductor active layer thicker than in the present embodiment can be used. Compared to,
Has many excellent features. Hereinafter, the characteristics of the memory TFT will be described along with the operation principle thereof.

【0048】まず、メモリTFT213にデータを書き
込む場合は、ソース配線210をGNDに落し、ドレイ
ン配線211およびコントロールゲート配線212に正
の高電圧(例えば20V)を印加する。その結果、メモ
リTFT213のチャネル形成領域203を移動するキ
ャリアが加速され、インパクトイオン化が起こり、多数
の高エネルギー状態の電子(ホットエレクトロン)が発
生する。そして、このホットエレクトロンは第1のゲー
ト絶縁膜205のエネルギー障壁を乗り越え、フローテ
ィングゲート電極206に注入される。このようにして
フローティングゲート電極206に電荷が蓄積され、書
き込みが行われる。
First, when writing data to the memory TFT 213, the source wiring 210 is dropped to GND, and a positive high voltage (for example, 20 V) is applied to the drain wiring 211 and the control gate wiring 212. As a result, carriers moving in the channel forming region 203 of the memory TFT 213 are accelerated, impact ionization occurs, and a large number of high energy electrons (hot electrons) are generated. Then, the hot electrons cross the energy barrier of the first gate insulating film 205 and are injected into the floating gate electrode 206. In this manner, charges are accumulated in the floating gate electrode 206, and writing is performed.

【0049】本願発明におけるメモリTFT213は、
半導体活性層が薄いため、書き込み時にインパクトイオ
ン化が起こりやすいという利点がある。これにより、ホ
ットキャリア注入による書き込みをより低電圧かつ小電
流で行うことが可能となる。言い換えると、書き込み時
おける動作の低電圧化と、消費電力の低減が可能とな
る。
The memory TFT 213 according to the present invention comprises:
Since the semiconductor active layer is thin, there is an advantage that impact ionization easily occurs during writing. Thus, writing by hot carrier injection can be performed with lower voltage and lower current. In other words, it is possible to reduce the voltage of the operation at the time of writing and reduce the power consumption.

【0050】次に、メモリTFT213に書き込まれた
データを消去する場合は、ソース配線210およびコン
トロールゲート配線212をGNDに落し、ドレイン配
線211に正の高電圧(例えば20V)を印加する。そ
の結果、フローティングゲート電極206に蓄積されて
いる電子がトンネル電流(FN電流、ファウラノルドハ
イム電流ともいう)によってドレイン領域204へ注入
され、データの消去が行われる。
Next, when erasing data written in the memory TFT 213, the source wiring 210 and the control gate wiring 212 are dropped to GND, and a positive high voltage (for example, 20 V) is applied to the drain wiring 211. As a result, electrons accumulated in the floating gate electrode 206 are injected into the drain region 204 by a tunnel current (also referred to as FN current or Fowler-Nordheim current), and data is erased.

【0051】本願発明におけるメモリTFT213は、
半導体活性層がバルクシリコンのように固定電位を与え
られていないため、ドレイン領域204とチャネル形成
領域203との間にかかる電界は緩和される。その結
果、バルクシリコン基板において消去時の電流を増加さ
せる原因となっていた、基板−ドレイン間に流れるバン
ド間トンネル電流を大幅に低減することが可能となる。
その結果、消費電力が低減される。
The memory TFT 213 according to the present invention comprises:
Since the semiconductor active layer is not given a fixed potential unlike bulk silicon, the electric field applied between the drain region 204 and the channel formation region 203 is reduced. As a result, it becomes possible to greatly reduce the band-to-band tunnel current flowing between the substrate and the drain, which has been a cause of increasing the current at the time of erasing in the bulk silicon substrate.
As a result, power consumption is reduced.

【0052】書き込み時および消去時の電流の減少は、
さらに2つの重要な効果をもたらす。1つ目は信頼性の
向上に関する。書き込み時および消去時の電流が減少す
ると、第1のゲート酸化膜205の劣化は大幅に抑えら
れ、その結果、書き換え可能な回数は大幅に向上する。
つまり、信頼性が大幅に向上する。
The decrease in current at the time of writing and erasing is as follows.
It also has two important effects. The first relates to improving reliability. When the current at the time of writing and erasing decreases, the deterioration of the first gate oxide film 205 is greatly suppressed, and as a result, the number of rewritable times is greatly improved.
That is, the reliability is greatly improved.

【0053】2つ目は低電源電圧化に関する。従来の不
揮発性メモリは、周辺回路の一部に昇圧回路を組み込む
ことによって、電源電圧は低く抑えつつ、メモリTFT
の動作に必要な高電圧を発生させていた。しかし、書き
込み時および消去時に、大電流が流れると、昇圧回路へ
の電流負荷の増大とメモリセルでの電圧降下の影響か
ら、十分な昇圧を行うことができず、低電源電圧化に支
障をきたしていた。本願発明では、上述したように、高
電圧を必要とする動作時の電流を低減することが可能と
なる。その結果、十分な昇圧が可能となり、低電源電圧
化を実現することが可能となる。
The second relates to lowering the power supply voltage. Conventional non-volatile memory incorporates a booster circuit in a part of the peripheral circuit, so that the power supply voltage is kept low and the memory TFT
Generated the high voltage required for the operation. However, if a large current flows at the time of writing or erasing, sufficient boosting cannot be performed due to the increase in the current load on the booster circuit and the voltage drop in the memory cell, which hinders lowering the power supply voltage. I was coming. According to the present invention, as described above, it is possible to reduce the current at the time of operation requiring a high voltage. As a result, sufficient boosting becomes possible, and lower power supply voltage can be realized.

【0054】次に、メモリTFT213からデータを読
み出す場合は、ソース配線210をGNDに落し、コン
トロールゲート電極208に所定の電圧(例えば5V)
を印加する。この時、メモリTFT213のフローティ
ングゲート電極208に電荷が蓄積されている場合と蓄
積されていない場合のしきい値電圧に応じて、メモリT
FT213がオフまたはオンとなることによって、メモ
リTFTに記憶されているデータが読み出される。
Next, when reading data from the memory TFT 213, the source wiring 210 is dropped to GND, and a predetermined voltage (for example, 5 V) is applied to the control gate electrode 208.
Is applied. At this time, according to the threshold voltage when charge is accumulated in the floating gate electrode 208 of the memory TFT 213 and when the charge is not accumulated, the memory T
When the FT 213 is turned off or on, data stored in the memory TFT is read.

【0055】本願発明の不揮発性メモリにおいては、読
み出し動作の高速化も実現される。さらに、低消費電力
化および低電圧動作化の効果も得られる。
In the nonvolatile memory of the present invention, the speed of the read operation can be increased. Further, effects of low power consumption and low voltage operation can be obtained.

【0056】これらは、メモリTFTに限らず、通常の
TFTにおいても見られる共通の特徴であり、完全空乏
型のTFTが小さな接合容量と空乏層容量を有するとい
う性質に基づく。接合容量が小さいと、消費電力が減少
する。また、TFTに流れる電流のオン/オフが高速に
なり、その結果、メモリTFTの書き込み速度と読み出
し速度が向上する。一方、空乏層容量が小さいと、良好
なサブスレッショルド特性が得られる。これにより、メ
モリTFTの書き込み/消去によるしきい値電圧の変化
が実効的に増大し、より低電圧での動作が可能となる。
These are common features found not only in the memory TFT but also in a normal TFT, and are based on the property that a fully-depleted TFT has a small junction capacitance and a depletion layer capacitance. When the junction capacitance is small, power consumption is reduced. Further, the on / off of the current flowing through the TFT becomes faster, and as a result, the writing speed and reading speed of the memory TFT are improved. On the other hand, if the capacitance of the depletion layer is small, good subthreshold characteristics can be obtained. Thereby, the change in the threshold voltage due to writing / erasing of the memory TFT is effectively increased, and operation at a lower voltage becomes possible.

【0057】本願発明において、メモリTFTと一体形
成されるメモリセルの駆動回路および他の周辺回路を構
成するTFTを完全空乏型にすること、あるいは、電気
光学装置においてメモリ部と一体形成される画素部及び
画素部を駆動する駆動回路を構成するTFTを完全空乏
型にすることは有効である。典型的には、TFTの半導
体活性層の厚さは1nm以上、メモリ素子のチャネル長の
1/4以下であればよい。さらに、TFTの半導体活性
層の厚さが1nm〜50nmの範囲であることが好ましい。
これにより、メモリセル以外の回路部においても、動作
の高速化、低消費電力化、低電圧化を実現することが可
能となる。
In the present invention, the TFT forming the memory cell drive circuit and other peripheral circuits formed integrally with the memory TFT is made completely depleted, or the pixel formed integrally with the memory section in the electro-optical device. It is effective to make the TFT constituting the drive circuit for driving the pixel portion and the pixel portion completely depleted. Typically, the thickness of the semiconductor active layer of the TFT may be 1 nm or more and 1/4 or less of the channel length of the memory element. Further, the thickness of the semiconductor active layer of the TFT is preferably in the range of 1 nm to 50 nm.
As a result, it is possible to achieve high-speed operation, low power consumption, and low voltage in a circuit section other than the memory cell.

【0058】この他、完全空乏型のメモリTFTは、高
いソフトエラー耐性を有する。これは、バルクシリコン
と比較して素子分離が完全に行われており、アルファ線
によって発生する電荷量が減少するためである。また、
半導体活性層が薄いほど、アルファ線によって発生する
電荷量は減少し、ソフトエラー耐性は向上する。
In addition, the fully depleted memory TFT has high soft error resistance. This is because element isolation is completely performed as compared with bulk silicon, and the amount of charges generated by alpha rays is reduced. Also,
The thinner the semiconductor active layer, the smaller the amount of charge generated by alpha rays and the higher the soft error resistance.

【0059】なお、図2において、メモリTFT213
のドレイン領域204とフローティングゲート電極20
6は第1のゲート絶縁膜205を介して一部重なってい
る。この重なった領域(オーバーラップ領域と呼ぶ)
は、メモリTFT213の消去を行うための領域であ
り、消去時のトンネル電流は主にこの領域を流れる。な
お、消去をソース側で行う場合は、オーバーラップ領域
をソース側に設ける。また、ゲート電圧に負の高電圧を
印加することによって、チャネル形成領域全体に放出す
る場合は、特に設けなくてもよい。
In FIG. 2, the memory TFT 213
Drain region 204 and floating gate electrode 20
6 partially overlaps with the first gate insulating film 205 interposed therebetween. This overlapping area (called an overlap area)
Is a region for erasing the memory TFT 213, and a tunnel current at the time of erasing mainly flows through this region. When erasing is performed on the source side, an overlap area is provided on the source side. In the case where a high negative voltage is applied to the gate voltage to release the entire channel formation region, the gate voltage is not necessarily provided.

【0060】また、図2において、メモリTFT213
のコントロールゲート電極208はフローティングゲー
ト電極206にのみ重なっているが、フローティングゲ
ート電極206と半導体活性層の両方に重なっていても
よい。このような構造はオフセット構造と呼ばれ、オフ
電流の低減などの効果がある(実施例6参照)。
In FIG. 2, the memory TFT 213
Although the control gate electrode 208 overlaps only with the floating gate electrode 206, it may overlap with both the floating gate electrode 206 and the semiconductor active layer. Such a structure is called an offset structure, and has an effect such as a reduction in off-current (see Embodiment 6).

【0061】ここで、上述したメモリTFTの動作原理
に基づいて、本実施の形態の不揮発性メモリの動作につ
いて説明を行う。図1におけるメモリTFT(1、1)
への書き込みと読み出し、およびメモリ全体の一括消去
について説明する。
Here, the operation of the nonvolatile memory of this embodiment will be described based on the operation principle of the memory TFT described above. Memory TFT (1, 1) in FIG.
Writing to and reading from the memory and batch erasing of the entire memory will be described.

【0062】まず、メモリTFT(1、1)にデータを
書き込む場合は、ソース線S1〜SnをGNDに落し、
ビット線B1とワード線W1に、それぞれ正の高電圧
(例えば20V)を印加する。その結果、インパクトイ
オン化によって発生したホットエレクトロンがフローテ
ィングゲート電極に注入され書き込みが行われる。メモ
リTFT(1、1)のしきい値電圧は、フローティング
ゲート電極に蓄積された電荷量に応じて変化する。
First, when writing data to the memory TFT (1, 1), the source lines S1 to Sn are dropped to GND,
A positive high voltage (for example, 20 V) is applied to each of the bit line B1 and the word line W1. As a result, hot electrons generated by impact ionization are injected into the floating gate electrode and writing is performed. The threshold voltage of the memory TFT (1, 1) changes according to the amount of charge stored in the floating gate electrode.

【0063】メモリTFT(1、1)に記憶されたデー
タを読み出す場合には、ソース線S1〜SnをGNDに
落し、ワード線W1に所定の電圧を印加する。そして、
メモリTFT(1、1)のフローティングゲート電極に
電荷が蓄積されている場合と蓄積されていない場合のし
きい値電圧に対応して、メモリセルに記憶されているデ
ータをビット線B1から読み出す。
When reading data stored in the memory TFT (1, 1), the source lines S1 to Sn are dropped to GND, and a predetermined voltage is applied to the word line W1. And
The data stored in the memory cell is read out from the bit line B1 corresponding to the threshold voltage when the charge is stored in the floating gate electrode of the memory TFT (1, 1) and the threshold voltage when the charge is not stored.

【0064】なお、所定の電圧は、“1”の状態(フロ
ーティングゲート電極に電子が蓄積されていない状態)
におけるしきい値電圧と“0”の状態(フローティング
ゲート電極に電子が蓄積された状態)におけるしきい値
電圧の間に設定すればよい。例えば、“1”の状態のメ
モリTFTが0.5V以上3.5V以下のしきい値電圧
を有し、“0”の状態のメモリTFTが、6.5V以上
のしきい値電圧を有する場合には、所定の電圧として例
えば5Vを用いることができる。
The predetermined voltage is in the state of “1” (state in which no electrons are stored in the floating gate electrode).
And the threshold voltage in the state of “0” (state in which electrons are accumulated in the floating gate electrode). For example, when the memory TFT in the “1” state has a threshold voltage of 0.5 V or more and 3.5 V or less, and the memory TFT in the “0” state has a threshold voltage of 6.5 V or more. For example, 5 V can be used as a predetermined voltage.

【0065】最後に、メモリ全体の一括消去を行う場
合、ソース線S1〜Snおよびワード線W1〜WmをG
NDに落す。そして、ビット線B1〜Bnに正の高電圧
(例えば20V)を印加すると、全てのメモリTFTに
おいて、フローティングゲート電極に蓄積されている電
子がトンネル電流によってドレイン領域へ注入され、記
憶されていたデータが消去される。
Finally, when erasing the entire memory at once, the source lines S1 to Sn and the word lines W1 to Wm are
Drop to ND. When a positive high voltage (for example, 20 V) is applied to the bit lines B1 to Bn, electrons accumulated in the floating gate electrode are injected into the drain region by a tunnel current in all the memory TFTs, and the stored data is stored. Is erased.

【0066】なお、書き込み時および読み出し時におい
て選択されていない信号線B2〜Bn、W2〜Wmの電
位は全て0Vであるとする。
It is assumed that the potentials of the signal lines B2 to Bn and W2 to Wm which are not selected at the time of writing and reading are all 0V.

【0067】勿論、上述した動作電圧の値は、一例であ
って、その値に限られるわけではない。実際に、メモリ
TFT(1、1)に印加される電圧は、メモリTFTの
半導体活性層の膜厚やコントロールゲート電極とフロー
ティングゲート電極との間の容量等に依存する。そして
メモリTFT(1、1)の動作電圧もそれに従って変化
する。
Of course, the value of the operating voltage described above is an example, and is not limited to that value. Actually, the voltage applied to the memory TFT (1, 1) depends on the thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT, the capacitance between the control gate electrode and the floating gate electrode, and the like. Then, the operating voltage of the memory TFT (1, 1) also changes accordingly.

【0068】この他、メモリTFT(1、1)への書き
込み時および読み出し時において、同じ列や行のメモリ
セルに電圧が印加されることによって、誤消去や誤書き
込みが発生する場合がある。動作電圧は、このような書
き込みストレスや読み出しストレスを最小限に抑え、誤
消去や誤書き込みが発生しないように設定することが必
要である。
In addition, at the time of writing to and reading from the memory TFT (1, 1), erroneous erasure or erroneous writing may occur by applying a voltage to memory cells in the same column or row. The operating voltage needs to be set such that such write stress and read stress are minimized and erroneous erase and erroneous write do not occur.

【0069】なお、過消去を抑えるために、一括消去を
行う前に、全てのメモリTFTに書き込みを行うことが
好ましい。また、過消去の抑制としきい値の制御を行う
回路として、ベリファイ回路を設けてもよい。
In order to suppress over-erasing, it is preferable to perform writing to all the memory TFTs before performing the batch erasing. Further, a verifying circuit may be provided as a circuit for suppressing over-erasing and controlling the threshold value.

【0070】また、本実施の形態において、メモリTF
Tの書き込み/消去を行う場合、メモリTFTのコント
ロ─ルゲート電極に一度に正負の高電圧を印加するので
はなく、これよりも低い電圧を複数回のパルスで印加し
てもよい。この場合、TFTの劣化をある程度抑えるこ
とができる。
In the present embodiment, the memory TF
When writing / erasing T, instead of applying a positive or negative high voltage to the control gate electrode of the memory TFT at a time, a lower voltage may be applied by a plurality of pulses. In this case, deterioration of the TFT can be suppressed to some extent.

【0071】[0071]

【実施例】(実施例1)本実施例では、本願発明の不揮
発性メモリを絶縁表面を有する基板上に作製する方法に
ついて、図4〜図6を用いて説明する。不揮発性メモリ
を構成するTFTとして、メモリセルを構成するメモリ
TFT(nチャネル型TFT)、ならびにメモリセルの
駆動回路やその他の周辺回路として代表的なCMOS回
路を構成する2つのTFT(pチャネル型TFTおよび
nチャネル型TFT)を例にとって説明する。
(Embodiment 1) In this embodiment, a method for manufacturing a nonvolatile memory of the present invention on a substrate having an insulating surface will be described with reference to FIGS. A memory TFT (n-channel TFT) forming a memory cell, and two TFTs (p-channel TFT) forming a typical CMOS circuit as a driving circuit and other peripheral circuits of a memory cell are used as TFTs forming a nonvolatile memory. TFT and n-channel TFT) will be described as examples.

【0072】以下に示す不揮発性メモリの作製方法によ
ると、本願発明の不揮発性メモリは、薄膜技術を用いて
作製され得るいかなる半導体装置の部品とも、一体形成
され得ることが理解される。
According to the method for manufacturing a nonvolatile memory described below, it is understood that the nonvolatile memory of the present invention can be integrally formed with any semiconductor device component that can be manufactured by using a thin film technique.

【0073】また、TFTで構成される周辺回路および
他の半導体部品を絶縁表面を有する基板上に一体形成し
た不揮発性メモリおよび半導体装置を実現するために
は、移動度、しきい値電圧等において好特性を有するT
FTが要求される場合が多い。本実施例の作製方法によ
って作製されるTFTは結晶性の優れた半導体活性層を
有し好特性を示すため、非晶質珪素の半導体活性層を備
えたTFT等では一体形成によって実現できない様々な
不揮発性メモリおよび半導体装置についても一体形成す
ることが可能となる。
Further, in order to realize a nonvolatile memory and a semiconductor device in which a peripheral circuit composed of a TFT and other semiconductor parts are integrally formed on a substrate having an insulating surface, the mobility, the threshold voltage and the like must be improved. T with good characteristics
FT is often required. Since a TFT manufactured by the manufacturing method of this embodiment has a semiconductor active layer with excellent crystallinity and exhibits favorable characteristics, various TFTs which cannot be realized by integral formation with a TFT including an amorphous silicon semiconductor active layer are used. The non-volatile memory and the semiconductor device can also be integrally formed.

【0074】まず、絶縁表面を有する基板として石英基
板401を準備する(図4(A))。石英基板の代わり
に絶縁膜として窒化珪素膜を形成した石英基板、熱酸化
膜を形成したシリコン基板、セラミックス基板等を用い
ても良い。
First, a quartz substrate 401 is prepared as a substrate having an insulating surface (FIG. 4A). Instead of the quartz substrate, a quartz substrate on which a silicon nitride film is formed as an insulating film, a silicon substrate on which a thermal oxide film is formed, a ceramic substrate, or the like may be used.

【0075】次に、厚さ45nmの非晶質珪素膜402を
公知の成膜法で形成する(図4(A))。なお、非晶質
珪素膜に限定する必要はなく、非晶質半導体膜(微結晶
半導体膜、および非晶質シリコンゲルマニウム膜などの
非晶質構造を含む化合物半導体膜を含む)であれば良
い。
Next, an amorphous silicon film 402 having a thickness of 45 nm is formed by a known film forming method (FIG. 4A). Note that the present invention is not limited to an amorphous silicon film, and may be any amorphous semiconductor film (including a compound semiconductor film including an amorphous structure such as a microcrystalline semiconductor film and an amorphous silicon germanium film). .

【0076】また、半導体活性層の厚さは、メモリTF
Tが完全空乏型となるように形成すればよい。典型的に
は、最終的な半導体活性層の厚さを1nm以上、メモリ素
子のチャネル長の1/4以下(好ましくは1nm〜50n
m)であるように形成する。なお、半導体活性層の厚さ
がこのような条件を満たさない場合には、完全空乏型の
TFT特有のインパクトイオン化の発生が減少し、不揮
発性メモリの書き込み時における低電圧化および小電流
化の効果が十分得られなくなってしまうため好ましくな
い。本実施例では、最終的な半導体活性層の厚さを30
nmとする。
The thickness of the semiconductor active layer depends on the memory TF
What is necessary is just to form so that T may become a complete depletion type. Typically, the thickness of the final semiconductor active layer is 1 nm or more and 1/4 or less of the channel length of the memory element (preferably 1 nm to 50 nm).
m). If the thickness of the semiconductor active layer does not satisfy such a condition, the occurrence of impact ionization peculiar to a fully depleted TFT is reduced, and a lower voltage and a smaller current at the time of writing in a nonvolatile memory are obtained. This is not preferable because the effect cannot be sufficiently obtained. In this embodiment, the final thickness of the semiconductor active layer is 30
nm.

【0077】次に、非晶質珪素膜402の結晶化工程を
行う。ここから図4(B)までの工程は本出願人による
特開平10−247735号公報を引用することができ
る。同公報ではNi等の元素を触媒として用いた半導体
膜の結晶化方法に関する技術を開示している。
Next, a crystallization step of the amorphous silicon film 402 is performed. The steps from here to FIG. 4B can be referred to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-247735 by the present applicant. This publication discloses a technique relating to a method for crystallizing a semiconductor film using an element such as Ni as a catalyst.

【0078】まず、開口部415、416を有する保護
膜411〜413(本実施例では150nm厚の酸化珪素
膜)を形成する。そして、保護膜411〜413の上に
スピンコート法によりニッケル(Ni)を含有する層
(Ni含有層という)414を形成する。なお、レジス
トマスクを利用したイオン注入法、プラズマドーピング
法またはスパッタ法を用いてもよい。
First, protective films 411 to 413 having openings 415 and 416 (a silicon oxide film having a thickness of 150 nm in this embodiment) are formed. Then, a layer (referred to as a Ni-containing layer) 414 containing nickel (Ni) is formed on the protective films 411 to 413 by a spin coating method. Note that an ion implantation method, a plasma doping method, or a sputtering method using a resist mask may be used.

【0079】また、触媒元素としてはニッケル以外に
も、コバルト(Co)、鉄(Fe)、パラジウム(P
d)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、ゲルマ
ニウム(Ge)、鉛(Pb)、インジウム(In)等を
用いることができる。
Further, as a catalytic element, in addition to nickel, cobalt (Co), iron (Fe), palladium (P
d), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), germanium (Ge), lead (Pb), indium (In), or the like can be used.

【0080】次に、図4(C)に示すように、不活性雰
囲気中で570℃、14時間の加熱処理を加え、非晶質
珪素膜402の結晶化を行う。この際、結晶化はNiが
接した領域(Ni添加領域という)421、422を起
点として、基板と概略平行に進行する。このようにして
形成された結晶性珪素膜423は、個々の結晶が比較的
揃った状態で集合しているため、全体的な結晶性に優れ
るという利点がある(実施例7参照)。なお、加熱処理
温度は、好ましくは500〜700℃(代表的には55
0〜650℃)とし、処理時間は、好ましくは4〜24
時間とすればよい。
Next, as shown in FIG. 4C, a heat treatment is performed at 570 ° C. for 14 hours in an inert atmosphere to crystallize the amorphous silicon film 402. At this time, crystallization proceeds from the regions (referred to as Ni-added regions) 421 and 422 in contact with Ni as starting points and substantially parallel to the substrate. The crystalline silicon film 423 formed in this way has an advantage of excellent overall crystallinity because individual crystals are aggregated in a relatively uniform state (see Example 7). The heat treatment temperature is preferably 500 to 700 ° C. (typically 55 to 700 ° C.).
0 to 650 ° C.), and the treatment time is preferably 4 to 24.
It should be time.

【0081】次に、図4(D)に示すように、保護膜4
11〜413をそのままマスクとして15族に属する元
素(好ましくはリン)をNi添加領域421、422に
添加する。こうして高濃度にリンが添加された領域(リ
ン添加領域という)431、432が形成される。
Next, as shown in FIG.
Elements belonging to Group 15 (preferably, phosphorus) are added to the Ni-added regions 421 and 422 using the masks 11 to 413 as they are. Thus, regions 431 and 432 to which phosphorus is added at a high concentration (referred to as phosphorus added regions) are formed.

【0082】そして図4(D)に示すように、不活性雰
囲気中で600℃、12時間の加熱処理を加える。この
熱処理は、リンによる金属元素(本実施例ではNi)の
ゲッタリング工程であり、最終的には殆ど全てのNiは
矢印が示すようにリン添加領域431、432に捕獲さ
れてしまう。この工程により結晶性珪素膜433中に残
るNiの濃度はSIMS(質量二次イオン分析)による
測定値で少なくとも2×1017atoms/cm3にまで低減さ
れる。
Then, as shown in FIG. 4D, heat treatment is performed at 600 ° C. for 12 hours in an inert atmosphere. This heat treatment is a gettering step of the metal element (Ni in this embodiment) with phosphorus, and finally almost all Ni is captured in the phosphorus added regions 431 and 432 as shown by arrows. By this step, the concentration of Ni remaining in the crystalline silicon film 433 is reduced to at least 2 × 10 17 atoms / cm 3 as measured by SIMS (secondary mass ion analysis).

【0083】こうして触媒を用いて結晶化され、且つ、
その触媒がTFTの動作に支障を与えないレベルにまで
低減された結晶性珪素膜433が得られる。その後、保
護膜411〜413を除去し、リン添加領域431、4
32を含まない、結晶性珪素膜433のみを用いた島状
半導体層(以下、半導体活性層という)501〜503
をパターニング工程により形成する(図5(A))。
Thus, it is crystallized using a catalyst, and
A crystalline silicon film 433 whose catalyst is reduced to a level that does not hinder the operation of the TFT is obtained. After that, the protective films 411 to 413 are removed, and the phosphorus added regions 431 and 431 are removed.
And an island-shaped semiconductor layer (hereinafter, referred to as a semiconductor active layer) 501 to 503 using only the crystalline silicon film 433 that does not include 32
Is formed by a patterning process (FIG. 5A).

【0084】次に、半導体活性層501のうち、後にメ
モリTFTのドレイン領域となる領域513以外をレジ
ストマスク511、512で覆い、n型を付与する不純
物元素(n型不純物元素ともいう)の添加を行う(図5
(B))。この工程により形成されるn型不純物領域5
13には、n型不純物元素が1×1020〜1×1021at
oms/cm3(代表的には2×1020〜5×1020atoms /cm
3)の濃度で含まれるようにドーズ量を調節する。n型
不純物元素としては、リン(P)や砒素(As)を用い
ればよく、本実施例ではリン(P)を用いる。
Next, the semiconductor active layer 501 is covered with resist masks 511 and 512 except for a region 513 which will be a drain region of a memory TFT later, and an n-type impurity element (also referred to as an n-type impurity element) is added. (Figure 5
(B)). N-type impurity region 5 formed by this step
13 has an n-type impurity element of 1 × 10 20 to 1 × 10 21 at.
oms / cm 3 (typically 2 × 10 20 to 5 × 10 20 atoms / cm
3 ) Adjust the dose so that it is included in the concentration. As the n-type impurity element, phosphorus (P) or arsenic (As) may be used, and in this embodiment, phosphorus (P) is used.

【0085】その後、レジストマスク511、512を
除去し、珪素を含む絶縁膜でなる第1のゲート絶縁膜5
21を形成する(図5(C))。第1のゲート絶縁膜5
21の膜厚は後の熱酸化工程による増加分も考慮して1
0〜250nmの範囲で調節すれば良い。なお、メモリT
FTを構成する第1のゲート絶縁膜の厚さを10〜50
nmとし、その他の素子を形成する第1のゲート絶縁膜の
厚さを50〜250nmとしてもよい。また、成膜方法は
公知の気相法(プラズマCVD法、スパッタ法等)を用
いれば良い。本実施例では、50nm厚の窒化酸化シリコ
ン膜をプラズマCVD法により形成する。
After that, the resist masks 511 and 512 are removed, and the first gate insulating film 5 made of an insulating film containing silicon is removed.
21 are formed (FIG. 5C). First gate insulating film 5
The film thickness of 21 is 1 in consideration of the increase due to the subsequent thermal oxidation step.
What is necessary is just to adjust in the range of 0-250 nm. Note that the memory T
The thickness of the first gate insulating film constituting the FT is 10 to 50
nm, and the thickness of the first gate insulating film forming other elements may be 50 to 250 nm. As a film formation method, a known gas phase method (a plasma CVD method, a sputtering method, or the like) may be used. In this embodiment, a 50-nm-thick silicon nitride oxide film is formed by a plasma CVD method.

【0086】次に、酸化雰囲気中で950℃、1時間の
加熱処理を加え、熱酸化工程を行う。この熱酸化工程で
は活性層と上記窒化酸化シリコン膜との界面で酸化が進
行し、半導体活性層の膜厚は、最終的に30nmとなる。
なお、酸化雰囲気は酸素雰囲気でも良いし、ハロゲン元
素を添加した酸素雰囲気でも良い。この様にして熱酸化
膜を形成すると、非常に界面準位の少ない半導体/絶縁
膜界面を得ることができる。また、活性層端部における
熱酸化膜の形成不良(エッジシニング)を防ぐ効果もあ
る。
Next, a heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere at 950 ° C. for one hour to perform a thermal oxidation step. In this thermal oxidation step, oxidation proceeds at the interface between the active layer and the silicon nitride oxide film, and the thickness of the semiconductor active layer finally becomes 30 nm.
Note that the oxidation atmosphere may be an oxygen atmosphere or an oxygen atmosphere to which a halogen element is added. When the thermal oxide film is formed in this manner, a semiconductor / insulating film interface having very few interface states can be obtained. Further, there is also an effect of preventing formation failure (edge thinning) of a thermal oxide film at an end of the active layer.

【0087】次に、200〜400nmの導電膜を形成
し、パターニングを行いゲート電極522〜524を形
成する(図5(C))。この時、メモリTFTのゲート
電極522(後にフローティングゲート電極となる)
は、n型不純物領域513とゲート絶縁膜521を介し
て一部重なるように形成する。この重なった領域は、メ
モリTFTの消去時において、トンネル電流を流すため
の領域となる。
Next, a conductive film of 200 to 400 nm is formed and patterned to form gate electrodes 522 to 524 (FIG. 5C). At this time, the gate electrode 522 of the memory TFT (to be a floating gate electrode later)
Is formed so as to partially overlap the n-type impurity region 513 with the gate insulating film 521 interposed therebetween. This overlapping region is a region for passing a tunnel current when erasing the memory TFT.

【0088】なお、ゲート電極は単層の導電膜で形成し
ても良いが、必要に応じて二層、三層といった積層膜と
することが好ましい。ゲート電極の材料としては公知の
導電膜を用いることができる。具体的には、タンタル
(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タン
グステン(W)、クロム(Cr)、シリコン(Si)か
ら選ばれた元素でなる膜、または前記元素の窒化物でな
る膜(代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン
膜、窒化チタン膜)、または前記元素を組み合わせた合
金膜(代表的にはMo−W合金、Mo−Ta合金)、ま
たは前記元素のシリサイド膜(代表的にはタングステン
シリサイド膜、チタンシリサイド膜)を用いることがで
きる。
Note that the gate electrode may be formed of a single conductive film, but it is preferable to form a stacked film such as two layers or three layers as necessary. A known conductive film can be used as a material for the gate electrode. Specifically, a film made of an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), and silicon (Si), or a nitride of the element (Typically, a tantalum nitride film, a tungsten nitride film, a titanium nitride film), an alloy film combining the above elements (typically, a Mo—W alloy, a Mo—Ta alloy), or a silicide film of the above element (Typically, a tungsten silicide film or a titanium silicide film) can be used.

【0089】本実施例では、50nm厚の窒化タングステ
ン(WN)膜と、350nm厚のタングステン(W)膜と
でなる積層膜をスパッタ法により形成する。この時、ス
パッタガスとしてキセノン(Xe)、ネオン(Ne)等
の不活性ガスを添加すると応力による膜はがれを防止す
ることができる。なお、第1のゲート絶縁膜が薄い場合
には(典型的には、30nm以下)、n型またはp型の導
電性を付与する不純物を含む珪素膜をCVD法(減圧C
VD、プラズマCVD等)によって成膜することも有効
である。
In this embodiment, a laminated film composed of a 50 nm-thick tungsten nitride (WN) film and a 350 nm-thick tungsten (W) film is formed by a sputtering method. At this time, if an inert gas such as xenon (Xe) or neon (Ne) is added as a sputtering gas, film peeling due to stress can be prevented. Note that when the first gate insulating film is thin (typically, 30 nm or less), a silicon film containing an impurity imparting n-type or p-type conductivity is formed by a CVD method (pressure reduction C).
VD, plasma CVD, etc.) is also effective.

【0090】次に、一導電性を付与する不純物元素の添
加工程を行う。不純物元素としてはn型ならばリン
(P)または砒素(As)、p型ならばボロン(B)、
ガリウム(Ga)またはインジウム(In)等を用いれ
ば良い。
Next, a step of adding an impurity element imparting one conductivity is performed. As an impurity element, phosphorus (P) or arsenic (As) for n-type, boron (B) for p-type,
Gallium (Ga) or indium (In) may be used.

【0091】まず、図5(D)に示すように、ゲート電
極522〜524をマスクとして自己整合的にn型不純
物元素(本実施例ではリン)531〜536を添加し、
低濃度不純物領域(n−領域)を形成する。この低濃度
不純物領域は、リンの濃度が1×1017atoms/cm3〜1
×1019atoms/cm3となるように調節する。
First, as shown in FIG. 5D, n-type impurity elements (phosphorus in this embodiment) 531 to 536 are added in a self-aligned manner using the gate electrodes 522 to 524 as masks.
A low concentration impurity region (n-region) is formed. This low concentration impurity region has a phosphorus concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1
Adjust so as to be × 10 19 atoms / cm 3 .

【0092】次にゲート電極522〜524をマスクと
してゲート絶縁膜521をドライエッチング法によりエ
ッチングし、601〜603にパターニングする(図6
(A))。
Next, the gate insulating film 521 is etched by dry etching using the gate electrodes 522 to 524 as a mask, and is patterned into 601 to 603 (FIG. 6).
(A)).

【0093】次に、図6(A)に示すように、pチャネ
ル型TFTの全体、およびnチャネル型TFTの一部を
覆う形でレジストマスク604、605を形成し、n型
不純物元素(本実施例ではリン)を添加して高濃度にリ
ンを含む不純物領域606〜609を形成する。この
時、n型不純物元素の濃度は1×1020〜1×1021at
oms/cm3(代表的には2×1020〜5×1020atoms/c
m3)となるように調節する。
Next, as shown in FIG. 6A, resist masks 604 and 605 are formed so as to cover the whole of the p-channel TFT and a part of the n-channel TFT. In this embodiment, phosphorus is added to form impurity regions 606 to 609 containing phosphorus at a high concentration. At this time, the concentration of the n-type impurity element is 1 × 10 20 to 1 × 10 21 at.
oms / cm 3 (typically 2 × 10 20 to 5 × 10 20 atoms / c
m 3 ).

【0094】この工程によってメモリTFTのソース・
ドレイン領域606、607、CMOSを構成するnチ
ャネル型TFTのソース・ドレイン領域608、609
および、LDD領域610が形成される。
By this step, the source of the memory TFT is
Drain regions 606 and 607, and source / drain regions 608 and 609 of an n-channel TFT forming a CMOS
Then, an LDD region 610 is formed.

【0095】次に、図6(B)に示すように、レジスト
マスク604、605を除去し、新たにレジストマスク
611、612を形成する。そして、p型不純物元素
(本実施例ではボロン)を添加し、高濃度にボロンを含
む不純物領域613、614を形成する。ここではジボ
ラン(B26)を用いたイオンドープ法により1×10
20〜1×1021atoms/cm3(代表的には2×1020〜5
×1020atoms/cm3)の濃度となるようにボロンを添加
する。こうしてpチャネル型TFTのソース・ドレイン
領域613、614が形成される(図6(B))。
Next, as shown in FIG.
The masks 604 and 605 are removed and a new resist mask
611 and 612 are formed. And a p-type impurity element
(Boron in this embodiment), and contains boron at a high concentration.
Impurity regions 613 and 614 are formed. Here is Jibo
Run (BTwoH61) by ion doping method using
20~ 1 × 10twenty oneatoms / cmThree(Typically 2 × 1020~ 5
× 1020atoms / cmThreeBoron is added to achieve a concentration of
I do. Thus, the source / drain of the p-channel TFT
Regions 613 and 614 are formed (FIG. 6B).

【0096】次に、図6(C)に示すように、レジスト
マスク611、612を除去した後、珪素を含む絶縁膜
621を形成する。絶縁膜621は、メモリTFTにお
ける、フローティングゲート電極とコントロールゲート
電極の間の第2のゲート絶縁膜となる。絶縁膜621の
膜厚は10〜250nmとすれば良い。また、成膜方法は
公知の気相法(プラズマCVD法、スパッタ法等)を用
いれば良い。なお、本実施例では、50nm厚の窒化酸化
珪素膜をプラズマCVD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, after removing the resist masks 611 and 612, an insulating film 621 containing silicon is formed. The insulating film 621 becomes a second gate insulating film between the floating gate electrode and the control gate electrode in the memory TFT. The thickness of the insulating film 621 may be 10 to 250 nm. As a film formation method, a known gas phase method (a plasma CVD method, a sputtering method, or the like) may be used. Note that in this embodiment, a silicon nitride oxide film having a thickness of 50 nm is formed by a plasma CVD method.

【0097】その後、それぞれの濃度で添加されたn型
またはp型不純物元素を活性化する。活性化手段として
は、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプア
ニール、またはこれらを組み合わせた方法を用いるとよ
い。本実施例では電熱炉において窒素雰囲気中、550
℃、4時間の熱処理を行う。またこの時、添加工程で受
けた活性層の損傷も修復される。
Thereafter, the n-type or p-type impurity element added at each concentration is activated. As the activation means, furnace annealing, laser annealing, lamp annealing, or a method combining these may be used. In this embodiment, 550 in a nitrogen atmosphere in an electric furnace is used.
Heat treatment at 4 ° C. for 4 hours. At this time, the damage of the active layer in the adding step is also repaired.

【0098】次に、200〜400nmの導電膜を形成
し、パターニングを行いコントロールゲート電極622
を形成する(図6(C))。コントロールゲート電極6
22は、絶縁膜621を介してフローティングゲート電
極の一部または全体と重なるように形成する。
Next, a conductive film of 200 to 400 nm is formed and patterned to form a control gate electrode 622.
Is formed (FIG. 6C). Control gate electrode 6
22 is formed so as to overlap a part or the whole of the floating gate electrode with the insulating film 621 interposed therebetween.

【0099】なお、コントロールゲート電極622は単
層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて二層、三
層といった積層膜とすることが好ましい。ゲート電極の
材料としては公知の導電膜を用いることができる。本実
施例では、50nm厚の窒化タングステン(WN)膜と、
350nm厚のタングステン(W)膜とでなる積層膜をス
パッタ法で形成する。スパッタガスとしてキセノン(X
e)、ネオン(Ne)等の不活性ガスを添加すると応力
による膜はがれを防止することができる。なお、第1の
ゲート絶縁膜が薄い場合には(典型的には、30nm以
下)、n型またはp型の導電性を付与する不純物を含む
珪素膜をCVD法(減圧CVD、プラズマCVD等)に
よって成膜することも有効である。
Note that the control gate electrode 622 may be formed of a single-layered conductive film, but it is preferable that the control gate electrode 622 be formed of a stacked film such as two layers or three layers as necessary. A known conductive film can be used as a material for the gate electrode. In this embodiment, a tungsten nitride (WN) film having a thickness of 50 nm,
A laminated film of a 350 nm thick tungsten (W) film is formed by a sputtering method. Xenon (X
e), addition of an inert gas such as neon (Ne) can prevent the film from peeling due to stress. When the first gate insulating film is thin (typically, 30 nm or less), a silicon film containing an impurity imparting n-type or p-type conductivity is formed by a CVD method (low-pressure CVD, plasma CVD, or the like). It is also effective to form a film.

【0100】次に、層間絶縁膜631を形成する(図6
(D))。層間絶縁膜631としては珪素を含む絶縁
膜、有機性樹脂膜、或いはその組み合わせによる積層膜
を用いれば良い。また、膜厚は400nm〜1500nmと
すれば良い。本実施例では、500nm厚の窒化酸化珪素
膜とする。
Next, an interlayer insulating film 631 is formed (FIG. 6).
(D)). As the interlayer insulating film 631, an insulating film containing silicon, an organic resin film, or a stacked film of a combination thereof may be used. Further, the thickness may be 400 nm to 1500 nm. In this embodiment, a silicon nitride oxide film having a thickness of 500 nm is used.

【0101】次に、図6(D)に示すように、層間絶縁
膜631、及び絶縁膜621に対してコンタクトホール
を形成し、ソース・ドレイン配線632〜636及びコ
ントロールゲート配線637を形成する。なお、本実施
例では、Ti膜を100nm、Tiを含むアルミニウム膜
を300nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続形成し
た3層構造の積層膜とする。勿論、他の公知の導電膜で
も良い。なお、本実施例ではコントロールゲート配線6
37をコントロールゲート電極622とは別に設けた
が、コントロールゲート電極をそのままコントロールゲ
ート配線として用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 6D, contact holes are formed in the interlayer insulating film 631 and the insulating film 621, and source / drain wirings 632 to 636 and control gate wirings 637 are formed. In this embodiment, a three-layer laminated film in which a Ti film is continuously formed by sputtering, a 100 nm thick Ti film, an 300 nm thick aluminum film containing Ti, and a 150 nm thick Ti film. Of course, other known conductive films may be used. In this embodiment, the control gate wiring 6
Although 37 is provided separately from the control gate electrode 622, the control gate electrode may be used as it is as a control gate wiring.

【0102】最後に、3〜100%の水素を含む雰囲気
中で、300〜450℃、1〜12時間の熱処理を行い
水素化処理を行う。この工程は熱的に励起された水素に
より半導体膜の不対結合手を水素終端する工程である。
本実施例では、350℃の水素雰囲気で2時間の熱処理
を行い水素化処理を行う。また、水素化の他の手段とし
て、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を
用いる)を行っても良い。
Finally, a hydrogenation treatment is performed by performing a heat treatment at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen. This step is a step of terminating dangling bonds of the semiconductor film with thermally excited hydrogen.
In this embodiment, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at 350 ° C. for 2 hours to perform hydrogenation treatment. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.

【0103】以上の工程によって、図6(D)に示す様
な構造のTFTを作製することができる。
Through the above steps, a TFT having a structure as shown in FIG. 6D can be manufactured.

【0104】(実施例2)本実施例では、実施の形態に
示したメモリセルの回路図とは異なる例を図7(B)を
用いて説明する。まず、図7(A)に、実施の形態に示
したメモリセルアレイを代表するメモリセルの回路図を
示す。2つのとなりあうメモリセルがメモリTFT70
1a、701b、ソース線Sa、Sb、およびビット線
Ba、Bbによって構成されている。
Embodiment 2 In this embodiment, an example which is different from the circuit diagram of the memory cell described in the embodiment mode will be described with reference to FIG. First, FIG. 7A is a circuit diagram of a memory cell representing the memory cell array described in the embodiment. Two adjacent memory cells are the memory TFT 70
1a and 701b, source lines Sa and Sb, and bit lines Ba and Bb.

【0105】図7(B)に示したメモリセルの回路図の
特徴は、となりあうメモリセルがソース線を共有してい
る点にある。つまり、メモリTFT702a、702b
のソース領域が、共通のソース線Sに接続されている。
A characteristic of the circuit diagram of the memory cell shown in FIG. 7B is that adjacent memory cells share a source line. That is, the memory TFTs 702a and 702b
Are connected to a common source line S.

【0106】このような回路構成とすることによって、
図7(A)に示した回路図と比べて、ソース線の数を1
/2に減らすことができ、メモリセルをより高密度に配
置することが可能となる。その結果、不揮発性メモリの
小型化および大容量化が可能となる。
By adopting such a circuit configuration,
As compared with the circuit diagram shown in FIG.
/ 2, and memory cells can be arranged at a higher density. As a result, the size and capacity of the nonvolatile memory can be reduced.

【0107】なお、図7(B)に示したメモリセルを有
する不揮発性メモリの動作方法としては、実施の形態と
同じ、1ビット毎の書き込みと読み出し、およびフラッ
シュタイプの消去を行うことができる。このことは、実
施の形態(図7(A))においてソース線が共通配線と
なっていることから明らかである。
As a method of operating the nonvolatile memory having the memory cell shown in FIG. 7B, writing and reading for each bit and erasing of a flash type can be performed as in the embodiment mode. . This is clear from the fact that the source line is a common wiring in the embodiment (FIG. 7A).

【0108】なお、本実施例の不揮発性メモリは、実施
の形態で示した不揮発性メモリと同様に、実施例1の作
製方法によって作製することが可能である。
Note that the nonvolatile memory of this embodiment can be manufactured by the manufacturing method of Embodiment 1 similarly to the nonvolatile memory shown in the embodiment.

【0109】(実施例3)本実施例では、図7(A)お
よび(B)に示したメモリセルの回路図とは異なる例を
図7(C)を用いて説明する。図7(C)は、メモリセ
ルアレイを代表する2つのとなりあうメモリセルの回路
図である。なお、対応する信号線に関しては、図7
(A)および(B)と同じ記号を用いる。
Embodiment 3 In this embodiment, an example which is different from the circuit diagram of the memory cell shown in FIGS. 7A and 7B will be described with reference to FIG. 7C. FIG. 7C is a circuit diagram of two adjacent memory cells representing a memory cell array. The corresponding signal lines are shown in FIG.
The same symbols as in (A) and (B) are used.

【0110】図7(C)に示されたメモリセルは、図7
(A)の場合と比較して、各メモリセルを構成するTF
Tとして新たにスイッチングTFT704a、704b
がメモリTFTに直列に配置された回路構成となってい
る。このような構造を有する不揮発性メモリはNOR型
フル機能EEPROMと呼ばれる。
The memory cell shown in FIG.
As compared with the case of (A), the TFs constituting each memory cell
New switching TFTs 704a and 704b as T
Has a circuit configuration arranged in series with the memory TFT. A nonvolatile memory having such a structure is called a NOR type full-function EEPROM.

【0111】図7(C)において左側のメモリセルに注
目すると、メモリTFT703aのドレイン領域はスイ
ッチングTFT704aのソース領域またはドレイン領
域に接続されており、メモリTFT703aのソース領
域はソース線Saに接続されている。また、スイッチン
グTFT704aのソース領域とドレイン領域の残る一
方はビット線Baに接続されている。そして、メモリT
FT703aのコントロールゲート電極はワード線W
に、スイッチングTFT704aのゲート電極は選択線
Vに、それぞれ接続されている。
Looking at the left memory cell in FIG. 7C, the drain region of the memory TFT 703a is connected to the source or drain region of the switching TFT 704a, and the source region of the memory TFT 703a is connected to the source line Sa. I have. The other of the source region and the drain region of the switching TFT 704a is connected to the bit line Ba. And the memory T
The control gate electrode of the FT 703a is a word line W
The gate electrode of the switching TFT 704a is connected to the selection line V.

【0112】また、右側のメモリセルについても、左側
のメモリセルと同じ回路構成となっており、メモリTF
T703b、スイッチングTFT704b、ソース線S
b、ビット線Bb、ワード線W、選択線Vによって構成
されている。
The memory cell on the right side has the same circuit configuration as the memory cell on the left side.
T703b, switching TFT 704b, source line S
b, a bit line Bb, a word line W, and a selection line V.

【0113】図7(C)に示したメモリセルを有するN
OR型フル機能EEPROMの特徴は、書き込み、読み
出し、および消去が全て1ビット毎に可能である点にあ
る。本実施例では、メモリTFTおよびスイッチングT
FTがいずれもnチャネル型TFTの場合について、左
側のメモリセルの動作方法を説明する。
N having the memory cell shown in FIG.
A feature of the OR type full-function EEPROM is that writing, reading, and erasing can all be performed for each bit. In this embodiment, the memory TFT and the switching T
The operation method of the left memory cell will be described in the case where the FTs are all n-channel TFTs.

【0114】メモリTFT703aへのデータを書き込
みと読み出しは、NOR型フラッシュメモリと同様にす
れば良く、従って、新たに配置されたスイッチングTF
T704aについてはオンの状態となるように選択線V
の電位を設定するとよい。
Data can be written to and read from the memory TFT 703a in the same manner as in the NOR flash memory.
The selection line V is set so that T704a is turned on.
Should be set.

【0115】つまり、書き込みを行う場合、ソース線S
aをGNDに落し、ビット線Ba、ワード線W、および
選択線Vにそれぞれ正の高電圧(例えば20V)を印加
する。その結果、インパクトイオン化によるホットエレ
クトロンがフローティングゲート電極に蓄積され書き込
みが行われる。読み出しを行う場合は、ソース線Saを
GNDに落し、ワード線Wに所定の電圧(例えば5V)
を印加する。また、スイッチングTFT704aをオン
の状態にするために、選択線Vに正の電圧(例えば5
V)を印加する。その結果、メモリTFT703aの状
態に応じて、メモリセルに記憶されているデータをビッ
ト線Baから読み出すことが可能となる。
That is, when writing is performed, the source line S
a is dropped to GND, and a positive high voltage (for example, 20 V) is applied to each of the bit line Ba, the word line W, and the selection line V. As a result, hot electrons due to impact ionization are accumulated in the floating gate electrode and writing is performed. When performing reading, the source line Sa is dropped to GND, and a predetermined voltage (for example, 5 V) is applied to the word line W.
Is applied. In order to turn on the switching TFT 704a, a positive voltage (for example, 5
V). As a result, data stored in the memory cell can be read from the bit line Ba according to the state of the memory TFT 703a.

【0116】データの消去を行う場合は、ソース線Sa
およびワード線WをGNDに落す。そして、選択線Vお
よびビット線Baに正の高電圧(例えば20V)を印加
すると、メモリTFT703aのフローティングゲート
電極に蓄積されている電子がトンネル電流によってドレ
イン領域へ放出され、記憶されていたデータが消去され
る。なお、同じ列の他のメモリセルについては、スイッ
チングTFTがオフの状態であるため、データの消去は
行われない。その結果、メモリTFT703aにおいて
のみ消去が行われる。
When erasing data, the source line Sa
And the word line W is dropped to GND. Then, when a positive high voltage (for example, 20 V) is applied to the selection line V and the bit line Ba, electrons accumulated in the floating gate electrode of the memory TFT 703a are emitted to the drain region by a tunnel current, and the stored data is erased. Will be erased. Note that data is not erased for other memory cells in the same column because the switching TFT is in an off state. As a result, erasing is performed only in the memory TFT 703a.

【0117】上述した動作において、非選択の信号線は
全て0Vとすればよい。また、上述した動作電圧の値は
一例であって、その値に限られるわけではない。
In the above operation, all the non-selected signal lines may be set to 0V. In addition, the value of the operating voltage described above is an example, and is not limited to the value.

【0118】本実施例では、メモリTFTおよびスイッ
チングTFTをnチャネル型TFTとしたが、動作電圧
を適した値に設定することによって、それぞれnチャネ
ル型TFTを用いることもpチャネル型TFTを用いる
ことも可能である。また、スイッチングTFTをメモリ
TFTの両側に配置してもよい。両側に配置することに
よって、非動作時の電流が低減すると共に、誤動作が起
こりにくくなる。
In this embodiment, the memory TFT and the switching TFT are n-channel TFTs. However, by setting the operating voltage to an appropriate value, each of the n-channel TFT and the p-channel TFT can be used. Is also possible. Further, the switching TFT may be arranged on both sides of the memory TFT. By arranging on both sides, the current during non-operation is reduced, and malfunctions are less likely to occur.

【0119】なお、本実施例のNOR型フル機能EEP
ROMは、マスクを変更することによって、実施例1の
作製方法を用いて作製することが可能である。
The NOR type full function EEP of this embodiment
The ROM can be manufactured by using the manufacturing method of Embodiment 1 by changing the mask.

【0120】(実施例4)本実施例では、実施の形態お
よび実施例3に示したメモリセルの回路図とは異なる例
として、NAND型フラッシュメモリの回路図の説明を
行う。
(Embodiment 4) In this embodiment, a circuit diagram of a NAND flash memory will be described as an example different from the circuit diagrams of the memory cells shown in the embodiment mode and the embodiment 3.

【0121】図8は、メモリセルが縦8個×横n個のマ
トリクス状に配列されたNAND型のメモリセルアレイ
の回路図である(両端の列のみ図示)。各メモリセルは
それぞれ一つのnチャネル型メモリTFTによって構成
されている。
FIG. 8 is a circuit diagram of a NAND-type memory cell array in which memory cells are arranged in a matrix of 8 rows × n rows (only columns at both ends are shown). Each memory cell is constituted by one n-channel type memory TFT.

【0122】図8において、同じ列に配置された8つの
メモリTFT(例えば第1列の(1、1)〜(1、
8))は直列に接続されると共に、それぞれのチャネル
形成領域が基板配線G1〜Gnに接続されている。基板
配線G1〜Gnは共通配線となっている。また、同じ行
に配置されたn個のメモリTFT(例えば第1行の
(1、1)〜(n、1))は、コントロールゲート電極
がワード線W1に接続されている。
In FIG. 8, eight memory TFTs (for example, (1, 1) to (1,
8)) are connected in series, and the respective channel forming regions are connected to the substrate wirings G1 to Gn. The substrate wirings G1 to Gn are common wirings. The control gate electrodes of n memory TFTs (for example, (1, 1) to (n, 1) in the first row) arranged in the same row are connected to the word line W1.

【0123】直列に接続された8つのメモリTFT(例
えば第1列の(1、1)〜(1、8))の両端には、選
択用TFT(1、0)及び(1、9)が直列に接続され
ている。つまり、第1行目のメモリセルの上には、選択
用TFT(1、0)〜(n、0)が、第8行目のメモリ
セルの下には、選択用TFT(1、9)〜(n、9)が
それぞれ配置されている。選択用TFT(1、0)〜
(n、0)のソース電極及びドレイン電極の残る一方に
はビット線B1〜Bnが接続されており、ゲート電極に
は選択用ゲート線S1が接続されている。また、選択用
TFT(1、9)〜(n、9)のソース電極及びドレイ
ン電極の残る一方には共通のソース電位Vsが与えられ
ており、ゲート電極には選択用ゲート線S2が接続され
ている。
At both ends of eight memory TFTs (for example, (1, 1) to (1, 8) in the first column) connected in series, selection TFTs (1, 0) and (1, 9) are provided. They are connected in series. That is, the selection TFTs (1, 0) to (n, 0) are above the memory cells in the first row, and the selection TFTs (1, 9) are below the memory cells in the eighth row. To (n, 9) are respectively arranged. Selection TFT (1, 0)-
Bit lines B1 to Bn are connected to the other of the source electrode and the drain electrode of (n, 0), and a selection gate line S1 is connected to the gate electrode. A common source potential Vs is applied to the other of the source electrode and the drain electrode of the selection TFTs (1, 9) to (n, 9), and the selection gate line S2 is connected to the gate electrode. ing.

【0124】NAND型フラッシュメモリの動作方法に
ついて述べる。ここでは、トンネル電流による一括消去
と、トンネル電流による一行同時書き込みの方法につい
て説明する。
An operation method of the NAND flash memory will be described. Here, a description will be given of a method of batch erasing by a tunnel current and simultaneous writing of one row by a tunnel current.

【0125】本実施例において、"0"の状態とはメモリ
TFTのフローティングゲート電極に電荷が蓄積されて
いる状態を指し、"1"の状態とはメモリTFTのフロー
ティングゲート電極に電荷が蓄積されていない状態を指
す。また、"0"の状態のメモリTFTのしきい値電圧は
0.5V〜3Vであるとし、"1"の状態のメモリTFT
のしきい値電圧は−1V以下であるとする。
In this embodiment, the state “0” indicates a state in which electric charges are accumulated in the floating gate electrode of the memory TFT, and the state “1” indicates that electric charges are accumulated in the floating gate electrode of the memory TFT. Not in a state. Further, it is assumed that the threshold voltage of the memory TFT in the “0” state is 0.5 V to 3 V, and the memory TFT in the “1” state is
Is -1 V or less.

【0126】まず、一行同時書き込みについて述べる。
具体例として、一行目の同時書き込みを考え、メモリT
FT(1、1)に"0"を、メモリTFT(2、1)〜
(n、1)に"1"を書き込む場合を説明する。なお、書
き込む直前は全て"1"の状態とする。まず、基板配線G
1〜Gnとソース電位VsをGNDに落す。また、選択
用ゲート線S1、S2にそれぞれ20V、0Vを印加
し、選択用TFT(1、0)〜(n、0)をオンの状態
に、選択用TFT(1、9)〜(n、9)をオフの状態
にする。そしてワード線W1に20V、ワード線W2〜
W8に7Vを印加すると共に、ビット線B1に0V、ビ
ット線B2〜Bnに7Vを印加する。
First, one-row simultaneous writing will be described.
As a specific example, consider the simultaneous writing of the first row,
"0" is set to FT (1, 1), and the memory TFT (2, 1) to
A case where "1" is written to (n, 1) will be described. Immediately before writing, all are in the state of “1”. First, the board wiring G
1 to Gn and the source potential Vs are dropped to GND. Also, 20V and 0V are applied to the selection gate lines S1 and S2, respectively, and the selection TFTs (1, 0) to (n, 0) are turned on, and the selection TFTs (1, 9) to (n, 9) is turned off. Then, 20 V is applied to the word line W1, and the word lines W2
7V is applied to W8, 0V is applied to bit line B1, and 7V is applied to bit lines B2 to Bn.

【0127】その結果、メモリTFT(1、1)のフロ
ーティングゲート電極−チャネル形成領域間にのみ高電
圧(約20V)が印加され、トンネル電流によるフロー
ティングゲート電極への電荷注入が行われる。つま
り、"0"が書き込まれる。また、メモリTFT(2、
1)〜(n、1)のフローティングゲート電極−チャネ
ル形成領域間には14Vの電位差が生じるが、トンネル
電流によるフローティングゲート電極への電荷注入は殆
ど行われない。つまり、メモリTFT(2、1)〜
(n、1)は"1"の状態のままとなる。また、一行目以
外のメモリTFTについても、フローティングゲート電
極−チャネル形成領域間に高々7Vの電位差が生じるだ
けであり、フローティングゲート電極への電荷注入は行
われない。このようにして、一行同時書き込みが行われ
る。
As a result, a high voltage (approximately 20 V) is applied only between the floating gate electrode and the channel forming region of the memory TFT (1, 1), and charge injection into the floating gate electrode is performed by a tunnel current. That is, "0" is written. In addition, the memory TFT (2,
Although a potential difference of 14 V is generated between the floating gate electrode and the channel formation region in 1) to (n, 1), charge injection into the floating gate electrode by a tunnel current is hardly performed. That is, the memory TFTs (2, 1) to
(N, 1) remains in the state of "1". Also, for the memory TFTs other than the first row, only a potential difference of at most 7 V occurs between the floating gate electrode and the channel formation region, and no charge is injected into the floating gate electrode. In this way, one-row simultaneous writing is performed.

【0128】メモリTFT(1、1)からの読み出しを
行う場合は、まず、基板配線G1〜GnをGNDに落
し、ワード線W1に0V、ワード線W2〜W8に5Vを
印加する。これにより、2行目から8行目のメモリTF
Tは全てオンの状態となる。また、1行目のメモリTF
Tは、"1"の状態であればオンの状態となり、"0"の状
態であればオフの状態となる。つまり、直列に接続され
た8つのメモリTFTの導通、非導通は、1行目のメモ
リTFTの状態で決まることになる。そして、選択用ゲ
ート線S1、S2に5Vを印加し選択用TFTをオンの
状態とすると共に、ソース電位VsをGNDに落すこと
により、ビット線B1を通して、メモリTFT(1、
1)からのデータの読み出しを行うことが可能となる。
When reading from the memory TFT (1, 1), first, the substrate wirings G1 to Gn are dropped to GND, and 0V is applied to the word line W1 and 5V is applied to the word lines W2 to W8. Thereby, the memory TF of the second to eighth rows
T are all turned on. Also, the memory TF in the first row
T is in an on state when the state is "1", and is in an off state when the state is "0". That is, conduction and non-conduction of the eight memory TFTs connected in series are determined by the state of the memory TFTs in the first row. Then, 5V is applied to the selection gate lines S1 and S2 to turn on the selection TFT, and the source potential Vs is dropped to GND, so that the memory TFT (1,.
It becomes possible to read data from 1).

【0129】一括消去を行う場合は、全てのワード線W
1〜W8を0Vとし、基板配線G1〜Gnを20Vとす
る。その結果、フローティングゲート電極−チャネル形
成領域間に高電圧が印加され、トンネル電流による消去
が行われる。なお、選択用ゲート線の電位は自由に決め
て良いが、ゲート酸化膜に強い電界が生じないように、
基板配線G1〜Gnと同程度の電圧を印加することが好
ましい。
When performing batch erase, all word lines W
1 to W8 are set to 0V, and the substrate wirings G1 to Gn are set to 20V. As a result, a high voltage is applied between the floating gate electrode and the channel formation region, and erasing is performed by a tunnel current. The potential of the selection gate line may be freely determined, but in order to prevent a strong electric field from being generated in the gate oxide film,
It is preferable to apply the same voltage as the substrate wirings G1 to Gn.

【0130】なお、上述した動作電圧の値は、一例であ
って、その値に限られるわけではない。また、本実施例
では、縦8個×横n個のメモリセルアレイについて説明
したが、この構成に限定する必要はない。
The above-described values of the operating voltage are merely examples, and are not limited to the values. Further, in the present embodiment, a description has been given of a memory cell array of 8 × n memory cells, but the present invention is not limited to this configuration.

【0131】本実施例の構成は、実施例1〜3に示した
いずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可
能である。特に、実施の形態に示したNOR型フラッシ
ュメモリと組み合わせてメモリ部を形成することもでき
る。 また、基板配線については、島状半導体層を形成
する際に同時に形成すればよい。
The configuration of this embodiment can be implemented by freely combining with any of the configurations shown in Embodiments 1 to 3. In particular, the memory portion can be formed in combination with the NOR flash memory described in the embodiment. Further, the substrate wiring may be formed at the same time when the island-shaped semiconductor layer is formed.

【0132】(実施例5)本実施例では、本願発明の不
揮発性メモリを構成するメモリセルの上面構造について
説明する。図9には、実施の形態に示したNOR型フラ
ッシュメモリ(図1参照)を構成するメモリセルの上面
図の一例が示されている。
(Embodiment 5) In this embodiment, the top structure of a memory cell constituting a nonvolatile memory according to the present invention will be described. FIG. 9 illustrates an example of a top view of a memory cell included in the NOR flash memory (see FIG. 1) described in the embodiment.

【0133】図9において、4つのメモリセルは同じ構
造を有するため、左上のメモリセルについて説明を行
う。領域901は半導体活性層である。また、ワード線
904とフローティングゲート電極903は、第1の配
線層形成時に形成され、ソース線905、ビット線90
7およびコントロールゲート電極902とワード線90
4とを接続する配線906は、第2の配線層形成時に形
成される。図中において、黒く塗りつぶされている部分
は、その下部の配線あるいは半導体層とコンタクトをと
っていることを示している。
In FIG. 9, since the four memory cells have the same structure, the memory cell at the upper left will be described. The region 901 is a semiconductor active layer. The word line 904 and the floating gate electrode 903 are formed at the time of forming the first wiring layer, and the source line 905 and the bit line 903 are formed.
7 and control gate electrode 902 and word line 90
The wiring 906 connecting to the wiring 4 is formed when the second wiring layer is formed. In the figure, a black portion indicates that a contact is made with a wiring or a semiconductor layer therebelow.

【0134】なお、実施の形態で説明を行ったメモリセ
ルの断面構造(図2)は、図9に示したメモリセルの上
面図を例えば線分ABについて切断して得られる断面構
造と考えることができる。
The cross-sectional structure of the memory cell described in the embodiment (FIG. 2) is considered to be a cross-sectional structure obtained by cutting the top view of the memory cell shown in FIG. 9 along, for example, line AB. Can be.

【0135】なお、本実施例は実施の形態におけるメモ
リセルの上面図の一例である。勿論、実施の形態に示し
た回路図(図1)であれば、他のどのような上面図であ
っても構わない。
This embodiment is an example of a top view of a memory cell according to the embodiment. Of course, any other top view may be used as long as it is the circuit diagram (FIG. 1) shown in the embodiment.

【0136】(実施例6)本実施例では、本願発明の不
揮発性メモリを構成するメモリセルの断面構造につい
て、実施の形態とは異なる例を説明する。説明には図1
0を用いる。
(Embodiment 6) In this embodiment, an example different from that of the embodiment will be described for a cross-sectional structure of a memory cell constituting a nonvolatile memory of the present invention. Figure 1 for explanation
0 is used.

【0137】図10において、絶縁表面を有する基板1
001上に形成されたメモリTFT1013は、ソース
領域1002、ドレイン領域1004およびチャネル形
成領域1003からなる半導体活性層、第1のゲート絶
縁膜1005、フローティングゲート電極1006、第
2のゲート絶縁膜1007、およびコントロールゲート
電極1008を有する。また、層間膜1009上に、コ
ンタクトホールを通して、ソース配線1010、ドレイ
ン配線1011およびコントロールゲート配線1012
が引き出されている。
In FIG. 10, a substrate 1 having an insulating surface
The memory TFT 1013 formed on the 001 includes a semiconductor active layer including a source region 1002, a drain region 1004, and a channel formation region 1003, a first gate insulating film 1005, a floating gate electrode 1006, a second gate insulating film 1007, A control gate electrode 1008 is provided. The source wiring 1010, the drain wiring 1011 and the control gate wiring 1012 are formed on the interlayer film 1009 through contact holes.
Has been pulled out.

【0138】また、図10におけるメモリTFTは完全
空乏型である。典型的には、メモリTFTの半導体活性
層の厚さが1nm以上、メモリ素子のチャネル長の1/4
以下であればよい。さらに、メモリTFTの半導体活性
層の厚さが1nm〜50nmの範囲であれば、より好まし
い。
The memory TFT shown in FIG. 10 is of a fully depleted type. Typically, the thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT is 1 nm or more and 1 / of the channel length of the memory element.
The following may be sufficient. More preferably, the thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT is in the range of 1 nm to 50 nm.

【0139】メモリTFT1013がこのような構造を
有することにより、バルクシリコン上に形成されたメモ
リTFT(図3参照)、あるいは本実施例よりも膜厚が
厚い半導体活性層を有するメモリTFTと比較して様々
な利点を有することは、すでに実施の形態で述べた通り
である。
Since the memory TFT 1013 has such a structure, it can be compared with a memory TFT formed on bulk silicon (see FIG. 3) or a memory TFT having a semiconductor active layer thicker than this embodiment. Has various advantages, as already described in the embodiment.

【0140】本実施の形態では、さらにメモリTFT1
013がオフセット構造を有することを特徴とする。つ
まり、メモリTFT1013は、コントロールゲート電
極1006とチャネル形成領域204とが第2のゲート
絶縁膜1007を介して一部重なった領域(オフセット
領域)を有している。
In the present embodiment, the memory TFT 1
013 has an offset structure. That is, the memory TFT 1013 has a region (offset region) in which the control gate electrode 1006 and the channel formation region 204 partially overlap with the second gate insulating film 1007 interposed therebetween.

【0141】オフセット構造を有するメモリTFTを用
いた不揮発性メモリの特徴は、過消去状態のメモリTF
Tが存在しても正しい読み出しが可能であることと、非
選択のメモリセルにおいてオフ電流が減少し誤動作が抑
制されることである。なお、オフセット構造を有するメ
モリTFTを用いた不揮発性メモリの動作方法として
は、実施の形態と同様に、1ビット毎の書き込みと読み
出し、およびフラッシュタイプの消去を行うことができ
る。
A feature of a nonvolatile memory using a memory TFT having an offset structure is that a memory TF in an overerased state is used.
That is, correct reading is possible even when T exists, and the off-state current is reduced in unselected memory cells to suppress malfunction. As a method of operating a nonvolatile memory using a memory TFT having an offset structure, writing and reading for each bit and erasing of a flash type can be performed as in the embodiment.

【0142】不揮発性メモリがオフセット構造を有さな
いメモリTFTによって構成される場合、過消去状態の
メモリTFTは、読み出し動作の誤動作を引き起こす。
これは、読み出しを行うビット線に接続される過消去状
態のメモリTFTがオンの状態となるためである。本実
施例のように、メモリTFTをオフセット構造とする
と、非選択のメモリTFTが過消去状態であっても、オ
フセット領域によってオフの状態に保たれるので、正し
い読み出し動作が可能となる。
When the non-volatile memory is constituted by a memory TFT having no offset structure, a memory TFT in an overerased state causes a read operation to malfunction.
This is because the memory TFT in the over-erased state connected to the bit line for reading is turned on. When the memory TFT has an offset structure as in this embodiment, even if the unselected memory TFT is in an overerased state, the memory TFT is kept off by the offset region, so that a correct read operation can be performed.

【0143】このようにメモリTFTの過消去が許容さ
れると、動作マージンが拡大するとともに、ベリファイ
回路が不要となり周辺回路の小型化が可能となる。
As described above, when the memory TFT is allowed to be over-erased, the operation margin is increased, and the verify circuit is not required, so that the size of the peripheral circuit can be reduced.

【0144】(実施例7)実施例1に従って作製したT
FTの半導体活性層は、結晶粒界においても結晶構造の
連続性を有する特異な結晶性珪素膜で形成される。この
ような結晶性珪素膜に関する詳細は、本出願人による特
願平10−044659号、特願平10−152316
号、特願平10−152308号または特願平10−1
52305号の出願を参照すれば良い。以下、本出願人
が実験的に調べた結晶構造の特徴について概略を説明す
る。
(Embodiment 7) T prepared according to Embodiment 1
The FT semiconductor active layer is formed of a unique crystalline silicon film having continuity of the crystal structure even at the crystal grain boundaries. For details of such a crystalline silicon film, refer to Japanese Patent Application Nos. 10-044659 and 10-152316 filed by the present applicant.
No., Japanese Patent Application No. 10-152308 or Japanese Patent Application No. 10-1
No. 52305 may be referred to. Hereinafter, the features of the crystal structure experimentally examined by the present applicant will be briefly described.

【0145】上記結晶性珪素膜は、微視的に見れば複数
の針状又は棒状の結晶(以下、棒状結晶という)が集ま
って並んだ多結晶珪素膜である。このことはTEM(透
過型電子顕微鏡法)による観察で容易に確認できる。
The crystalline silicon film is a polycrystalline silicon film in which a plurality of needle-shaped or rod-shaped crystals (hereinafter, referred to as rod-shaped crystals) are gathered and lined up microscopically. This can be easily confirmed by observation with a TEM (transmission electron microscope).

【0146】また、電子線回折及びエックス線(X線)
回折を利用すると結晶性珪素膜の表面(チャネル形成領
域)が、結晶軸に多少のずれが含まれているものの主た
る配向面として{110}面を有することを確認でき
る。この時、電子線回折で分析を行えば{110}面に
対応する回折斑点がきれいに現れるのを確認することが
できる。また、各斑点は同心円上に±1°程度の分布
(広がり)を持っていることを確認できる。
In addition, electron diffraction and X-ray (X-ray)
By using diffraction, it can be confirmed that the surface (channel formation region) of the crystalline silicon film has a {110} plane as a main orientation plane, although the crystal axis has some deviation. At this time, if analysis is performed by electron beam diffraction, it can be confirmed that diffraction spots corresponding to the {110} plane appear clearly. Further, it can be confirmed that each spot has a distribution (expansion) of about ± 1 ° on a concentric circle.

【0147】さらに、個々の棒状結晶が接して形成する
結晶粒界をHR−TEM(高分解能透過型電子顕微鏡
法)により観察すると、結晶粒界において結晶格子に連
続性があることを確認できる。これは観察される格子縞
が結晶粒界において連続的に繋がっていることを強く示
唆している。
Further, by observing the crystal grain boundaries formed by contacting the individual rod-shaped crystals by HR-TEM (high-resolution transmission electron microscopy), it can be confirmed that the crystal lattices at the crystal grain boundaries have continuity. This strongly suggests that the observed lattice fringes are continuously connected at the crystal grain boundaries.

【0148】結晶粒界における結晶格子の連続性は、そ
の結晶粒界が「平面状粒界」と呼ばれる粒界であること
に起因すると考えられる。なお、本明細書における平面
状粒界の定義は、「Characterization of High-Efficie
ncy Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement
;Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi,JapaneseJ
ournal of Applied Physics vol.27,No.5,pp.751-75
8,1988」に記載された「Planar boundary 」である。
It is considered that the continuity of the crystal lattice at the crystal grain boundary is caused by the fact that the crystal grain boundary is a grain boundary called a “planar grain boundary”. Note that the definition of the planar grain boundary in this specification is “Characterization of High-Efficie”.
ncy Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement
Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi, JapaneseJ
ournal of Applied Physics vol.27, No.5, pp.751-75
8, 1988 ".

【0149】上記論文によれば、平面状粒界には双晶粒
界、特殊な積層欠陥、特殊なツイスト粒界などが含まれ
る。この平面状粒界は電気的に不活性であるという特徴
を持ち、結晶粒界でありながらキャリアの移動を阻害す
るトラップとして機能しない。特に結晶軸(結晶面に垂
直な軸)が〈110〉軸である場合、{211}双晶粒
界はΣ3の対応粒界とも呼ばれる。Σ値は対応粒界の整
合性の程度を示す指針となるパラメータであり、Σ値が
小さいほど整合性の良い粒界であることが知られてい
る。
According to the above paper, the planar grain boundaries include twin grain boundaries, special stacking faults, special twist grain boundaries, and the like. This planar grain boundary has the characteristic of being electrically inactive, and does not function as a trap that hinders the movement of carriers even though it is a crystal grain boundary. In particular, when the crystal axis (the axis perpendicular to the crystal plane) is the <110> axis, the {211} twin grain boundary is also called the corresponding grain boundary of {3}. The Σ value is a parameter serving as a guideline indicating the degree of consistency of the corresponding grain boundaries, and it is known that the smaller the Σ value, the better the grain boundaries of consistency.

【0150】実際に本実施例の結晶性珪素膜を詳細にT
EMを用いて観察すれば、結晶粒界の殆ど(90%以
上、典型的には95%以上)がΣ3の対応粒界、典型的
には{211}双晶粒界であることが判る。
Actually, the crystalline silicon film of this embodiment was changed in detail to T
Observation using EM shows that most (90% or more, typically 95% or more) of the crystal grain boundaries are the corresponding grain boundaries of {3}, typically {211} twin grain boundaries.

【0151】二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界に
おいて、両方の結晶の面方位が{110}である場合、
{111}面に対応する格子縞がなす角をθとすると、
θ=70.5°の時にΣ3の対応粒界となることが知ら
れている。本実施例の結晶性珪素膜は、結晶粒界におい
て隣接する結晶粒の各格子縞がまさに約70.5°の角
度で連続しており、その事からこの結晶粒界はΣ3の対
応粒界であることがわかる。
In a grain boundary formed between two crystal grains, when the plane orientation of both crystals is {110},
Assuming that the angle formed by the lattice fringes corresponding to the {111} plane is θ,
It is known that when θ = 70.5 °, the corresponding grain boundary becomes Σ3. In the crystalline silicon film of this embodiment, the lattice fringes of adjacent crystal grains at the crystal grain boundary are continuous at an angle of about 70.5 °, and therefore, this crystal grain boundary is a corresponding grain boundary of Σ3. You can see that there is.

【0152】以上の考察から、実施例1の作製方法によ
って得られる結晶性珪素膜は、結晶粒界においてとなり
あう二つの結晶粒が極めて整合性よく接合している結晶
構造(正確には結晶粒界の構造)を有していることが示
される。言い換えると、結晶粒界において結晶格子が連
続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非
常に作りにくい構成となっている。従って、実施例1の
作製方法によって得られる結晶性珪素膜は、実質的に結
晶粒界が存在しないとみなすことができる。
From the above considerations, the crystalline silicon film obtained by the manufacturing method of Example 1 has a crystal structure in which two crystal grains adjacent to each other at the crystal grain boundary are bonded with extremely good consistency (accurately, a crystal grain). Field structure). In other words, the crystal lattice is continuously connected at the crystal grain boundary, and it is very difficult to form a trap level due to a crystal defect or the like. Therefore, the crystalline silicon film obtained by the manufacturing method of Example 1 can be regarded as having substantially no crystal grain boundaries.

【0153】またさらに、800〜1150℃という高
い温度での熱処理工程(実施例1における熱酸化工程に
相当する)によって結晶粒内に存在する欠陥(スタッキ
ングフォールト)が殆ど消滅していることがTEM観察
によって確認されている。これはこの熱処理工程の前後
で積層欠陥等の数が大幅に低減していることからも明ら
かである。
Further, it was found that the defects (stacking faults) existing in the crystal grains were almost completely eliminated by the heat treatment step (corresponding to the thermal oxidation step in Example 1) at a high temperature of 800 to 1150 ° C. Confirmed by observation. This is apparent from the fact that the number of stacking faults and the like before and after this heat treatment step is greatly reduced.

【0154】この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析(El
ectron Spin Resonance :ESR)によってスピン密度
の差となって現れる。現状では本実施例の結晶性珪素膜
のスピン密度は少なくとも 5×1017spins/cm3以下(典
型的には 3×1017spins/cm3以下)であることが判明し
ている。ただし、この測定値は現存する測定装置の検出
限界に近いので、実際のスピン密度はさらに低いと予想
される。
The difference in the number of defects was determined by electron spin resonance analysis (El
ectron Spin Resonance (ESR) appears as a difference in spin density. At present, it has been found that the spin density of the crystalline silicon film of this embodiment is at least 5 × 10 17 spins / cm 3 or less (typically 3 × 10 17 spins / cm 3 or less). However, since this measured value is close to the detection limit of existing measuring devices, the actual spin density is expected to be lower.

【0155】以上の事から、実施例1に従って作製した
結晶性珪素膜は結晶粒内の欠陥が極端に少なく、結晶粒
界が実質的に存在しないと見なせるため、単結晶珪素膜
又は実質的な単結晶珪素膜と考えて良い。
From the above, the crystalline silicon film manufactured according to Example 1 has extremely few defects in crystal grains and can be regarded as having substantially no crystal grain boundaries. It can be considered as a single crystal silicon film.

【0156】(実施例8)本願発明の不揮発性メモリを
形成する基板として、SIMOX、Smart−Cut
(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノ
ン株式会社の登録商標)などのSOI基板を用いてもよ
い。
(Embodiment 8) As a substrate for forming the nonvolatile memory of the present invention, SIMOX, Smart-Cut
An SOI substrate such as (registered trademark of SOITEC) or ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.) may be used.

【0157】また、本発明は従来のMOSFET上に層
間絶縁膜を形成し、その上にTFTを形成する際に用い
ることも可能である。即ち、三次元構造の半導体装置を
実現することも可能である。
The present invention can also be used when an interlayer insulating film is formed on a conventional MOSFET and a TFT is formed thereon. That is, it is possible to realize a semiconductor device having a three-dimensional structure.

【0158】なお、本実施例の構成は、実施例2〜6の
いずれの構成とも自由に組み合わせることが可能であ
る。 また、SOI基板に対しては、工程条件の最適化
を行うことにより、実施例1の作製方法のうち結晶性珪
素膜の形成後の工程をそのまま適用することができる。
The configuration of this embodiment can be freely combined with any of the configurations of Embodiments 2 to 6. Further, by optimizing the process conditions for the SOI substrate, the process after the formation of the crystalline silicon film in the manufacturing method of Embodiment 1 can be applied as it is.

【0159】(実施例9)本願発明の不揮発性メモリ
は、絶縁表面を有する基板上に形成されたTFTによっ
て構成された半導体装置の部品と一体形成することによ
り、多機能、高機能、および小型の半導体装置を提供す
ることができる。本実施例では、そのような例として、
本願発明の不揮発性メモリ、画素部、画素部を駆動する
駆動回路、γ(ガンマ)補正回路を備えた電気光学装置
(代表的には、液晶表示装置およびEL表示装置)を示
す。
(Embodiment 9) The nonvolatile memory of the present invention is multifunctional, highly functional, and compact by being integrally formed with the components of a semiconductor device composed of TFTs formed on a substrate having an insulating surface. Semiconductor device can be provided. In this embodiment, as such an example,
1 illustrates an electro-optical device (typically, a liquid crystal display device and an EL display device) including a nonvolatile memory, a pixel portion, a driving circuit for driving the pixel portion, and a γ (gamma) correction circuit of the present invention.

【0160】図11に本実施例の電気光学装置のブロッ
ク図を示す。図11において、本願発明の不揮発性メモ
リ1102と、画素部1105と、画素部を駆動するゲ
ート信号側駆動回路1103およびソース信号側駆動回
路1104と、γ(ガンマ)補正回路1101と、が設
けられている。また、画像信号、クロック信号若しくは
同期信号等は、FPC(フレキシブルプリントサーキッ
ト)1106経由して送られてくる。
FIG. 11 is a block diagram of the electro-optical device according to this embodiment. In FIG. 11, a nonvolatile memory 1102 of the present invention, a pixel portion 1105, a gate signal side drive circuit 1103 and a source signal side drive circuit 1104 for driving the pixel portion, and a γ (gamma) correction circuit 1101 are provided. ing. An image signal, a clock signal, a synchronization signal, and the like are transmitted via an FPC (flexible print circuit) 1106.

【0161】γ補正回路とはγ補正を行うための回路で
ある。γ補正とは画像信号に適切な電圧を付加すること
によって、画素電極に印加される電圧とその上の液晶又
はEL層の透過光強度との間に線形関係を作るための補
正である。
The γ correction circuit is a circuit for performing γ correction. The γ correction is a correction for creating a linear relationship between the voltage applied to the pixel electrode and the transmitted light intensity of the liquid crystal or the EL layer thereon by applying an appropriate voltage to the image signal.

【0162】また、本実施例の電気光学装置は、例えば
実施例1の作製方法によって絶縁表面を有する基板上に
一体形成することができる。この際、不揮発性メモリ1
102だけでなく、画素部1105、画素部を駆動する
駆動回路1103、1104、およびγ補正回路を構成
するTFTについても完全空乏型とすることは有効であ
る。なお、液晶またはEL層の形成を含むTFT形成後
の工程については公知の方法を用いればよい。
Further, the electro-optical device of this embodiment can be integrally formed on a substrate having an insulating surface by the manufacturing method of Embodiment 1, for example. At this time, the nonvolatile memory 1
It is effective to use not only the pixel 102 but also the pixel portion 1105, the driving circuits 1103 and 1104 for driving the pixel portion, and the TFTs forming the γ correction circuit to be fully depleted. Note that a known method may be used for steps after TFT formation including formation of a liquid crystal or EL layer.

【0163】また、本実施例では、画素部を駆動する駆
動回路として、ソース配線駆動回路およびゲート配線駆
動回路をそれぞれ1つずつ設けているが、それぞれ複数
の駆動回路を設けても構わない。また、画素部110
5、画素部を駆動する駆動回路1103、1104、お
よびγ(ガンマ)補正回路1101については、公知の
回路構造を用いれば良い。
In this embodiment, one source wiring driving circuit and one gate wiring driving circuit are provided as driving circuits for driving the pixel portion. However, a plurality of driving circuits may be provided. Further, the pixel portion 110
5. A known circuit structure may be used for the driving circuits 1103 and 1104 for driving the pixel portion and the γ (gamma) correction circuit 1101.

【0164】本実施例の電気光学装置において、不揮発
性メモリ1102には、パソコン本体やテレビ受信アン
テナ等から送られてきた画像信号にγ補正をかけるため
の補正データが格納(記憶)されている。γ補正回路1
101は、その補正データを参照して画像信号に対する
γ補正を行う。
In the electro-optical device of this embodiment, the nonvolatile memory 1102 stores (stores) correction data for performing γ correction on an image signal transmitted from a personal computer, a television receiving antenna, or the like. . γ correction circuit 1
101 performs γ correction on the image signal with reference to the correction data.

【0165】γ補正のためのデータは電気光学装置を出
荷する前に一度格納しておけば良いが、定期的に補正デ
ータを書き換えることも可能である。また、同じように
作成した電気光学装置であっても、微妙に液晶の光学応
答特性(先の透過光強度と印加電圧の関係など)が異な
る場合がある。その場合も、本実施例では電気光学装置
毎に異なるγ補正データを格納しておくことが可能なの
で、常に同じ画質を得ることが可能である。
The data for γ correction may be stored once before shipping the electro-optical device, but it is also possible to periodically rewrite the correction data. Further, even in the case of an electro-optical device made in the same manner, the optical response characteristics of the liquid crystal (such as the relationship between the transmitted light intensity and the applied voltage) may be slightly different. Also in this case, in this embodiment, since different γ correction data can be stored for each electro-optical device, the same image quality can always be obtained.

【0166】さらに、不揮発性メモリに複数の補正デー
タを格納して、新たに制御回路を加えることにより、補
正データに基づく複数の色調表示を自由に選択すること
も可能である。
Further, by storing a plurality of correction data in the nonvolatile memory and adding a new control circuit, a plurality of color tone displays based on the correction data can be freely selected.

【0167】なお、不揮発性メモリ1102にγ補正の
補正データを格納する際、本出願人による特願平10−
156696号に記載された手段を用いることは好まし
い。また、γ補正に関する説明も同出願になされてい
る。
Note that when storing the correction data of the γ correction in the nonvolatile memory 1102, the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Application No.
It is preferred to use the means described in 156696. Further, a description regarding gamma correction is also made in the same application.

【0168】また、不揮発性メモリに格納する補正デー
タはデジタル信号であるので、必要に応じてD/Aコン
バータ若しくはA/Dコンバータを同一基板上に形成す
ることが望ましい。
Since the correction data stored in the nonvolatile memory is a digital signal, it is desirable to form a D / A converter or an A / D converter on the same substrate as necessary.

【0169】なお、本実施例の構成は、実施例1〜7の
いずれの構成とも自由に組み合わせて実施することがで
きる。
The structure of this embodiment can be implemented by freely combining with any of the structures of Embodiments 1 to 7.

【0170】(実施例10)本願発明の不揮発性メモリ
を具備する半導体装置であって、実施例9に示した半導
体装置とは異なる例を、図12を用いて説明する。
Embodiment 10 An example of a semiconductor device having a nonvolatile memory according to the present invention, which is different from the semiconductor device shown in Embodiment 9, will be described with reference to FIG.

【0171】図12に、本実施例の電気光学装置(代表
的には、液晶表示装置およびEL表示装置)のブロック
図を示す。本実施例の電気光学装置には、本願発明の不
揮発性メモリ1203、SRAM1202、画素部12
06、画素部を駆動するゲート信号側駆動回路1204
およびソース信号側駆動回路1205、およびメモリコ
ントローラ回路1201が設けられている。また、画像
信号、クロック信号若しくは同期信号等は、FPC(フ
レキシブルプリントサーキット)1207経由して送ら
れてくる。
FIG. 12 is a block diagram of an electro-optical device (typically, a liquid crystal display device and an EL display device) according to this embodiment. The electro-optical device according to the present embodiment includes a nonvolatile memory 1203, an SRAM 1202, and a pixel unit 12 according to the present invention.
06, a gate signal side driving circuit 1204 for driving the pixel portion
A source signal side driving circuit 1205 and a memory controller circuit 1201 are provided. An image signal, a clock signal, a synchronization signal, and the like are transmitted via an FPC (flexible print circuit) 1207.

【0172】本実施例におけるメモリコントローラ回路
1201とは、SRAM1202および不揮発性メモリ
1203に画像データを格納したり読み出したりという
動作を制御するための制御回路である。
The memory controller circuit 1201 in this embodiment is a control circuit for controlling operations such as storing and reading image data in the SRAM 1202 and the nonvolatile memory 1203.

【0173】SRAM1202は高速なデータの書き込
みを行うために設けられている。SRAMの代わりにD
RAMを設けてもよく、また、高速な書き込みが可能な
不揮発性メモリであれば、特にSRAMを設けなくても
よい。
An SRAM 1202 is provided for writing data at high speed. D instead of SRAM
A RAM may be provided, and an SRAM may not be particularly provided as long as the nonvolatile memory is capable of high-speed writing.

【0174】本実施例の電気光学装置は、例えば実施例
1の作製方法によって絶縁表面を有する基板上に一体形
成することができる。この際、不揮発性メモリ1203
だけでなく、画素部1206、画素部を駆動する駆動回
路1204、1205、SRAM1202、およびメモ
リコントローラ回路1202を構成するTFTについて
も完全空乏型とすることは有効である。なお、液晶また
はEL層の形成を含むTFT形成後の工程については公
知の方法を用いて作製すれば良い。
The electro-optical device of this embodiment can be integrally formed on a substrate having an insulating surface by, for example, the manufacturing method of Embodiment 1. At this time, the nonvolatile memory 1203
In addition, it is effective that the pixel portion 1206, the driving circuits 1204 and 1205 for driving the pixel portion, the SRAM 1202, and the TFT included in the memory controller circuit 1202 be completely depleted. Note that steps after forming the TFT including formation of a liquid crystal or an EL layer may be manufactured using a known method.

【0175】また、本実施例では、画素部を駆動する駆
動回路として、ソース配線駆動回路およびゲート配線駆
動回路をそれぞれ1つずつ設けているが、それぞれ複数
の駆動回路を設けても構わない。また、SRAM120
2、画素部1206、画素部を駆動する駆動回路120
4、1205、およびメモリコントローラ回路1201
については、公知の回路構造を用いれば良い。
In this embodiment, one source line drive circuit and one gate line drive circuit are provided as drive circuits for driving the pixel portion. However, a plurality of drive circuits may be provided. Also, the SRAM 120
2. Pixel unit 1206, driving circuit 120 for driving the pixel unit
4, 1205, and memory controller circuit 1201
A known circuit structure may be used.

【0176】本実施例の電気光学装置において、パソコ
ン本体やテレビ受信アンテナ等から送られてきた画像信
号は、1フレーム毎にSRAM1202に格納(記憶)
され、その画像信号はメモリコントローラ回路1201
によって順次画素部1206に入力され表示される。S
RAM1202には少なくとも画素部1206に表示さ
れる画像1フレーム分の画像情報が記憶される。例え
ば、6ビットのデジタル信号が画像信号として送られて
くる場合、少なくとも画素数×6ビットに相当するメモ
リ容量を必要とする。また、メモリコントローラ回路1
201により、必要に応じて、SRAM1202に格納
された画像信号を不揮発性メモリ1203へ格納した
り、不揮発性メモリ1203に格納された画像信号を画
素部1206へ入力し表示したりすることができる。
In the electro-optical device of this embodiment, the image signal sent from the personal computer, the television receiving antenna or the like is stored (stored) in the SRAM 1202 for each frame.
The image signal is supplied to the memory controller circuit 1201
Are sequentially input to the pixel unit 1206 and displayed. S
The RAM 1202 stores at least image information for one frame of an image displayed on the pixel portion 1206. For example, when a 6-bit digital signal is transmitted as an image signal, a memory capacity corresponding to at least the number of pixels × 6 bits is required. Also, the memory controller circuit 1
According to 201, the image signal stored in the SRAM 1202 can be stored in the non-volatile memory 1203, or the image signal stored in the non-volatile memory 1203 can be input to the pixel portion 1206 and displayed as necessary.

【0177】なお、SRAM1202および不揮発性メ
モリ1203に格納する画像データはデジタル信号であ
るので、必要に応じてD/Aコンバータ若しくはA/D
コンバータを同一基板上に形成することが望ましい。
Since the image data stored in the SRAM 1202 and the non-volatile memory 1203 is a digital signal, a D / A converter or an A / D
It is desirable to form the converter on the same substrate.

【0178】本実施例の構成では、画素部1206に表
示された画像を常にSRAM1202に記憶しており、
画像の一時停止を容易に行うことができる。さらにSR
AM1202に記憶された画像信号を不揮発性メモリ1
203へ格納したり、不揮発性メモリ1203に記憶さ
れた画像信号を画素部へ入力することによって、画像の
録画および再生といった動作を容易に行うことができ
る。そして、ビデオデッキ等に録画することなくテレビ
放送を自由に一時停止することや、録画、再生を行うこ
とが可能となる。
In the structure of this embodiment, the image displayed on the pixel portion 1206 is always stored in the SRAM 1202,
The image can be paused easily. Further SR
The image signal stored in the AM 1202 is stored in the nonvolatile memory 1
By storing the image signal in the pixel unit 203 or the image signal stored in the nonvolatile memory 1203 to the pixel portion, operations such as recording and reproduction of an image can be easily performed. Then, it is possible to freely pause the television broadcast, record and reproduce without recording on a video deck or the like.

【0179】録画および再生可能な画像の量は、SRA
M1202と不揮発性メモリ1203の記憶容量に依存
する。少なくとも1フレーム分の画像信号を格納するこ
とにより、静止画の録画と再生が可能となる。さらに、
数百フレーム、数千フレーム分といった画像情報を格納
しうる程度まで不揮発性メモリ1203のメモリ容量を
増やすことができれば、数秒若しくは数分前の画像を再
生(リプレイ)することも可能となる。
The amount of images that can be recorded and played back is
M1202 and the storage capacity of the nonvolatile memory 1203. Storing at least one frame of image signal enables recording and reproduction of a still image. further,
If the memory capacity of the nonvolatile memory 1203 can be increased to such an extent that image information such as several hundred frames or several thousand frames can be stored, it is possible to reproduce (replay) an image several seconds or several minutes ago.

【0180】なお、本実施例の構成は、実施例1〜7お
よび9のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施する
ことができる。
The structure of this embodiment can be implemented by freely combining with any of the structures of Embodiments 1 to 7 and 9.

【0181】(実施例11)本願発明の不揮発性メモリ
は、TFTで構成された半導体装置の部品と一体形成す
ることによって、実施例9、10に示したような多機
能、高機能および小型の電気光学装置を提供することが
可能となる。本実施例では、本願発明の不揮発性メモリ
と一体形成可能な半導体装置としてアクティブマトリク
ス型液晶表示装置について述べる。
(Embodiment 11) The non-volatile memory according to the present invention is integrally formed with the components of the semiconductor device composed of TFTs, thereby realizing the multi-function, high-function and small-size as shown in Embodiments 9 and 10. An electro-optical device can be provided. In this embodiment, an active matrix liquid crystal display device will be described as a semiconductor device which can be formed integrally with the nonvolatile memory of the present invention.

【0182】図13(A)はアクティブマトリクス型液
晶表示装置の回路図である。図13(A)において、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置は、画素1304が
マトリクス状に配置された画素部1301と、ソース信
号側駆動回路1302と、ゲート信号側駆動回路130
3とを有する。ソース信号側駆動回路とゲート信号側駆
動回路として、それぞれ複数の駆動回路を設けても構わ
ない。
FIG. 13A is a circuit diagram of an active matrix type liquid crystal display device. In FIG. 13A, an active matrix liquid crystal display device includes a pixel portion 1301 in which pixels 1304 are arranged in a matrix, a source signal driver circuit 1302, and a gate signal driver circuit 130.
And 3. A plurality of drive circuits may be provided as each of the source signal side drive circuit and the gate signal side drive circuit.

【0183】また、画素部1301を構成する画素13
04の拡大図を図13(B)に示す。画素1304は、
スイッチングTFT1311、液晶素子1314および
コンデンサ1315を有し、スイッチングTFT131
1のゲート電極はゲート信号線1312に、ソース電極
とドレイン電極のいずれか一方がソース信号線1313
に接続されている。スイッチングTFT1311のソー
ス電極とドレイン電極の残る一方は、液晶1314およ
びコンデンサ1315に接続されている。また、液晶素
子1314およびコンデンサ1315の残る一方の電極
には所定の電位が与えられる。
The pixels 13 forming the pixel portion 1301
FIG. 13B shows an enlarged view of FIG. Pixel 1304 is
A switching TFT 1311 having a switching TFT 1311, a liquid crystal element 1314, and a capacitor 1315;
One gate electrode is connected to the gate signal line 1312 and one of the source electrode and the drain electrode is connected to the source signal line 1313.
It is connected to the. The other of the source electrode and the drain electrode of the switching TFT 1311 is connected to the liquid crystal 1314 and the capacitor 1315. Further, a predetermined potential is applied to one of the remaining electrodes of the liquid crystal element 1314 and the capacitor 1315.

【0184】なお、コンデンサ1315の電極の一方
は、配線1316に接続せずに、専用の電源供給線に接
続しても構わない。さらに、コンデンサ1315を設け
なくても良い。また、スイッチングTFT1311はn
チャネル型TFTでもpチャネル型TFTでもよい。
Note that one of the electrodes of the capacitor 1315 may be connected to a dedicated power supply line without being connected to the wiring 1316. Further, the capacitor 1315 may not be provided. The switching TFT 1311 has n
A channel TFT or a p-channel TFT may be used.

【0185】なお、本願発明の不揮発性メモリを本実施
例のアクティブマトリクス型液晶表示装置に一体形成す
る場合、実施例1〜10のいずれの構成を組み合わせて
も良い。
When the nonvolatile memory of the present invention is formed integrally with the active matrix type liquid crystal display device of this embodiment, any of the structures of Embodiments 1 to 10 may be combined.

【0186】(実施例12)本願発明の不揮発性メモリ
は、TFTで構成された半導体装置の部品と一体形成す
ることによって、実施例9、10に示したような多機
能、高機能および小型の電気光学装置を提供することが
可能となる。本実施例では、本願発明の不揮発性メモリ
と一体形成可能な半導体装置としてアクティブマトリク
ス型EL表示装置について述べる。
(Embodiment 12) The nonvolatile memory of the present invention is integrally formed with the components of a semiconductor device composed of TFTs, so that it has a multifunctional, high-functionality and small size as shown in Embodiments 9 and 10. An electro-optical device can be provided. In this embodiment, an active matrix EL display device will be described as a semiconductor device which can be formed integrally with the nonvolatile memory of the present invention.

【0187】図14(A)はアクティブマトリクス型E
L表示装置の回路図である。図14(A)において、ア
クティブマトリクス型EL表示装置は、画素1404が
マトリクス状に配置された画素部1401と、ソース信
号側駆動回路1402と、ゲート信号側駆動回路140
3とを有する。ソース信号側駆動回路とゲート信号側駆
動回路は、それぞれ複数あっても構わない。
FIG. 14A shows an active matrix type E.
It is a circuit diagram of an L display device. In FIG. 14A, an active matrix EL display device includes a pixel portion 1401 in which pixels 1404 are arranged in matrix, a source signal driver circuit 1402, and a gate signal driver circuit 140.
And 3. There may be a plurality of source signal side drive circuits and a plurality of gate signal side drive circuits.

【0188】また、画素部1401を構成する画素14
04の拡大図を図14(B)に示す。画素1404は、
スイッチングTFT1411、EL駆動用TFT141
4、EL素子1416を有し、スイッチングTFT14
11のゲート電極はゲート信号線1412に、ソース電
極とドレイン電極のいずれか一方がソース信号線141
3に接続されている。スイッチングTFT1411のソ
ース電極とドレイン電極の残る一方は、EL駆動用TF
T1414のゲート電極に接続されている。また、EL
駆動用TFT1414のソース電極が電源供給線141
5に、ドレイン電極がEL素子1416に接続されてい
る。EL素子1416のもう一方の電極には所定の電位
が与えられる。
Also, the pixels 14 constituting the pixel portion 1401
FIG. 14B shows an enlarged view of No. 04. Pixel 1404 is
Switching TFT 1411, EL driving TFT 141
4, a switching TFT 14 having an EL element 1416
11 has a gate electrode connected to a gate signal line 1412, and one of a source electrode and a drain electrode connected to the source signal line 14112.
3 is connected. The other of the source electrode and the drain electrode of the switching TFT 1411 is an EL driving TF.
Connected to the gate electrode of T1414. Also, EL
The source electrode of the driving TFT 1414 is connected to the power supply line 141.
5, the drain electrode is connected to the EL element 1416. A predetermined potential is applied to the other electrode of the EL element 1416.

【0189】なお、EL駆動用TFT1414のゲート
電極と電源供給線1415の間にコンデンサを設けても
よい。
Note that a capacitor may be provided between the gate electrode of the EL driving TFT 1414 and the power supply line 1415.

【0190】本実施例のアクティブマトリクス型EL表
示装置では、EL駆動用TFTとしてnチャネル型TF
Tを用いる。また、スイッチングTFT1411はnチ
ャネル型TFTでもpチャネル型TFTでもよい。
In the active matrix type EL display device of this embodiment, an n-channel type TF
Use T. Further, the switching TFT 1411 may be an n-channel TFT or a p-channel TFT.

【0191】なお、本願発明の不揮発性メモリを本実施
例のアクティブマトリクス型EL表示装置に一体形成す
る場合、実施例1〜10のいずれの構成を組み合わせて
も良い。
When the nonvolatile memory of the present invention is formed integrally with the active matrix type EL display device of this embodiment, any of the structures of Embodiments 1 to 10 may be combined.

【0192】(実施例13)本願発明の不揮発性メモリ
には、様々な用途がある。本実施例では、本願発明の不
揮発性メモリを用いた電子機器について説明する。
Embodiment 13 The nonvolatile memory of the present invention has various uses. In this embodiment, an electronic device using the nonvolatile memory of the present invention will be described.

【0193】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフ
ロント型)、ヘッドマウントディスプレイ、ゴーグル型
ディスプレイ、ゲーム機、カーナビゲーション、パーソ
ナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュー
タ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。そ
れらの一例を図15、16に示す。
Examples of such electronic devices include a video camera, a digital camera, a projector (rear or front type), a head mounted display, a goggle type display, a game machine, a car navigation system, a personal computer, and a portable information terminal (mobile computer, A mobile phone or an electronic book). Examples of those are shown in FIGS.

【0194】図15(A)はディスプレイであり、筐体
2001、支持台2002、表示部2003等を含む。
本願発明の不揮発性メモリは、表示部2003やその他
の信号制御回路と一体形成されてもよい。
FIG. 15A shows a display, which includes a housing 2001, a support 2002, a display portion 2003, and the like.
The nonvolatile memory of the present invention may be formed integrally with the display portion 2003 and other signal control circuits.

【0195】図15(B)はビデオカメラであり、本体
2101、表示部2102、音声入力部2103、操作
スイッチ2104、バッテリー2105、受像部210
6で構成される。本願発明の不揮発性メモリは、表示部
2102やその他の信号制御回路と一体形成されてもよ
い。
FIG. 15B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, and an image receiving portion 210.
6. The nonvolatile memory of the present invention may be formed integrally with the display portion 2102 and other signal control circuits.

【0196】図15(C)はヘッドマウントディスプレ
イの一部(右片側)であり、本体2201、信号ケーブ
ル2202、頭部固定バンド2203、表示部220
4、光学系2205、表示装置2206等を含む。本願
発明の不揮発性メモリは表示装置2206やその他の信
号制御回路と一体形成されてもよい。
FIG. 15C shows a part (one side on the right) of the head mounted display, which includes a main body 2201, a signal cable 2202, a head fixing band 2203, and a display section 220.
4, including an optical system 2205, a display device 2206, and the like. The nonvolatile memory of the present invention may be formed integrally with the display device 2206 and other signal control circuits.

【0197】図15(D)は記録媒体を備えた画像再生
装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体230
1、記録媒体2302、操作スイッチ2303、表示部
2304、2305等で構成される。なお、この装置は
記録媒体としてDVD(Digital Versatile Disc)、C
D等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネ
ットを行うことができる。本願発明の不揮発性メモリは
表示部2304やその他の信号制御回路と一体形成され
てもよい。
FIG. 15D shows an image reproducing apparatus (specifically, a DVD reproducing apparatus) provided with a recording medium.
1, a recording medium 2302, operation switches 2303, display units 2304 and 2305, and the like. This device uses a DVD (Digital Versatile Disc) as a recording medium and a C
Using D or the like, music viewing, movie viewing, games, and the Internet can be performed. The nonvolatile memory of the present invention may be formed integrally with the display portion 2304 and other signal control circuits.

【0198】図15(E)はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体2401、表示部2402、アーム部240
3を含む。本願発明の不揮発性メモリは表示部2402
やその他の信号制御回路と一体形成されてもよい。
FIG. 15E shows a goggle type display, which comprises a main body 2401, a display section 2402, and an arm section 240.
3 inclusive. The non-volatile memory of the present invention is a display unit 2402
And other signal control circuits.

【0199】図15(F)はパーソナルコンピュータで
あり、本体2501、筐体2502、表示部2503、
キーボード2504等で構成される。本願発明の不揮発
性メモリは、表示部2503やその他の信号制御回路と
一体形成されてもよい。
FIG. 15F shows a personal computer, which includes a main body 2501, a housing 2502, a display portion 2503,
It is composed of a keyboard 2504 and the like. The nonvolatile memory of the present invention may be formed integrally with the display portion 2503 and other signal control circuits.

【0200】図16(A)は携帯電話であり、本体26
01、音声出力部2602、音声入力部2603、表示
部2604、操作スイッチ2605、アンテナ2606
を含む。本願発明の不揮発性メモリは表示部2604や
その他の信号制御回路と一体形成されてもよい。
FIG. 16 (A) shows a mobile phone,
01, audio output unit 2602, audio input unit 2603, display unit 2604, operation switch 2605, antenna 2606
including. The nonvolatile memory of the present invention may be formed integrally with the display portion 2604 and other signal control circuits.

【0201】図16(B)は音響再生装置、具体的には
カーオーディオであり、本体2701、表示部270
2、操作スイッチ2703、2704を含む。本願発明
の不揮発性メモリは表示部2702やその他の信号制御
回路と一体形成されてもよい。また、本実施例では車載
用オーディオを示すが、携帯型や家庭用の音響再生装置
に用いても良い。
FIG. 16B shows a sound reproducing device, specifically, a car audio.
2, including operation switches 2703 and 2704. The nonvolatile memory of the present invention may be formed integrally with the display portion 2702 and other signal control circuits. In this embodiment, the in-vehicle audio is shown, but the present invention may be applied to a portable or home-use audio reproducing apparatus.

【0202】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、本実施例の電子機器は実施例1〜12のど
のような組み合わせからなる構成を用いても実現するこ
とができる。
As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the electronic apparatus of the present embodiment can be realized by using a configuration composed of any combination of the embodiments 1 to 12.

【0203】[0203]

【発明の効果】本願発明によると、メモリTFTを完全
空乏型TFTとすることにより、不揮発性メモリの消費
電力の低減、低電源電圧化、および書き換え回数の大幅
な向上を図ることができる。また同時に、不揮発性メモ
リの低動作電圧化、読み出し動作の高速化、ソフトエラ
ー耐性の向上といった効果も得られる。
According to the present invention, by making the memory TFT a completely depleted TFT, it is possible to reduce the power consumption of the nonvolatile memory, reduce the power supply voltage, and greatly improve the number of times of rewriting. At the same time, effects such as lower operating voltage of the nonvolatile memory, higher speed of the read operation, and improvement of soft error resistance can be obtained.

【0204】また、本願発明によると、メモリセルをそ
の駆動回路および他の周辺回路と一体形成することによ
り、不揮発性メモリの小型化を図ることができる。
Further, according to the present invention, the size of the nonvolatile memory can be reduced by integrally forming the memory cell with its driving circuit and other peripheral circuits.

【0205】さらに、本願発明の不揮発性メモリをTF
Tで構成された他の半導体部品と一体形成することによ
り、高機能化、多機能化、及び小型化が可能な不揮発性
メモリを具備する半導体装置を提供することができる。
Furthermore, the nonvolatile memory of the present invention is
By being integrally formed with another semiconductor component formed of T, a semiconductor device including a nonvolatile memory capable of achieving high functionality, multifunction, and miniaturization can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本願発明の不揮発性メモリの回路構成を示
す図。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a nonvolatile memory of the present invention.

【図2】 本願発明の不揮発性メモリを構成するメモ
リTFTの断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a memory TFT constituting a nonvolatile memory according to the present invention.

【図3】 従来の不揮発性メモリを構成するメモリT
FTの断面図。
FIG. 3 shows a memory T constituting a conventional nonvolatile memory;
Sectional drawing of FT.

【図4】 本願発明の不揮発性メモリの作製行程を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the nonvolatile memory of the present invention.

【図5】 本願発明の不揮発性メモリの作製行程を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the nonvolatile memory of the present invention.

【図6】 本願発明の不揮発性メモリの作製行程を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of the nonvolatile memory of the present invention.

【図7】 本願発明の不揮発性メモリを構成するメモ
リセルの回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram of a memory cell constituting the nonvolatile memory of the present invention.

【図8】 本願発明の不揮発性メモリを構成するメモ
リセルの回路図。
FIG. 8 is a circuit diagram of a memory cell constituting the nonvolatile memory of the present invention.

【図9】 本願発明の不揮発性メモリを構成するメモ
リセルの上面図。
FIG. 9 is a top view of a memory cell included in the nonvolatile memory of the present invention.

【図10】 本願発明の不揮発性メモリを構成するメモ
リTFTの断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a memory TFT constituting a nonvolatile memory according to the present invention.

【図11】 本願発明の不揮発性メモリを用いた電気光
学装置のブロック図。
FIG. 11 is a block diagram of an electro-optical device using the nonvolatile memory of the present invention.

【図12】 本願発明の不揮発性メモリを用いた電気光
学装置のブロック図。
FIG. 12 is a block diagram of an electro-optical device using the nonvolatile memory of the present invention.

【図13】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の構
成を示す図。
FIG. 13 illustrates a structure of an active matrix liquid crystal display device.

【図14】 アクティブマトリクス型EL表示装置の構
成を示す図。
FIG. 14 illustrates a structure of an active matrix EL display device.

【図15】 本願発明の不揮発性メモリを用いた電子機
器。
FIG. 15 shows an electronic device using the nonvolatile memory of the present invention.

【図16】 本願発明の不揮発性メモリを用いた電子機
器。
FIG. 16 shows an electronic device using the nonvolatile memory of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 Xアドレスデコーダ 102 Yアドレスデコーダ 103、104 周辺回路 201 基板 202 ソース領域 203 チャネル形成領域 204 ドレイン領域 205 第1のゲート絶縁膜 206 フローティングゲート電極 207 第2のゲート絶縁膜 208 コントロールゲート電極 209 層間絶縁膜 210 ソース配線 211 ドレイン配線 212 コントロールゲート配線 213 メモリTFT 101 X address decoder 102 Y address decoder 103, 104 Peripheral circuit 201 Substrate 202 Source region 203 Channel formation region 204 Drain region 205 First gate insulating film 206 Floating gate electrode 207 Second gate insulating film 208 Control gate electrode 209 Interlayer insulation Film 210 Source wiring 211 Drain wiring 212 Control gate wiring 213 Memory TFT

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/322 H01L 27/08 321C 21/8238 321L 27/092 27/10 434 27/08 331 29/78 612B 27/115 613B 29/786 613A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/322 H01L 27/08 321C 21/8238 321L 27/092 27/10 434 27/08 331 29/78 612B 27/115 613B 29/786 613A

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のメモリセルがマトリクス状に配置さ
れたメモリセルアレイと、メモリセルの駆動回路と、を
少なくとも備えた不揮発性メモリであって、 前記メモリセルアレイと前記メモリセルの駆動回路とは
同一基板上に一体形成され、 前記複数のメモリセルはそれぞれメモリTFTを少なく
とも有しており、 前記メモリTFTは、半導体活性層と、第1のゲート絶
縁膜と、フローティングゲート電極と、第2のゲート絶
縁膜と、コントロールゲート電極と、を少なくとも備え
ており、 前記メモリTFTは完全空乏型であることを特徴とする
不揮発性メモリ。
1. A non-volatile memory comprising at least a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix and a memory cell driving circuit, wherein the memory cell array and the memory cell driving circuit The plurality of memory cells are integrally formed on the same substrate, and each of the plurality of memory cells has at least a memory TFT. The memory TFT includes a semiconductor active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, A non-volatile memory comprising at least a gate insulating film and a control gate electrode, wherein the memory TFT is a completely depleted type.
【請求項2】複数のメモリセルがマトリクス状に配置さ
れたメモリセルアレイと、メモリセルの駆動回路と、を
少なくとも備えた不揮発性メモリであって、 前記メモリセルアレイと前記メモリセルの駆動回路とは
同一基板上に一体形成され、 前記複数のメモリセルはそれぞれメモリTFTを少なく
とも有しており、 前記メモリTFTは、半導体活性層と、第1のゲート絶
縁膜と、フローティングゲート電極と、第2のゲート絶
縁膜と、コントロールゲート電極と、を少なくとも備え
ており、 前記メモリTFTの半導体活性層の膜厚は、1nm以上で
あり、かつ、前記メモリTFTのチャネル長の1/4以
下であることを特徴とする不揮発性メモリ。
2. A non-volatile memory comprising at least a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix, and a memory cell driving circuit, wherein the memory cell array and the memory cell driving circuit are: The plurality of memory cells are integrally formed on the same substrate, and each of the plurality of memory cells has at least a memory TFT. The memory TFT includes a semiconductor active layer, a first gate insulating film, a floating gate electrode, At least a gate insulating film and a control gate electrode, wherein the thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT is at least 1 nm and at most 1 / of the channel length of the memory TFT. Characteristic nonvolatile memory.
【請求項3】請求項1または請求項2において、前記メ
モリTFTの半導体活性層の膜厚は、1〜50nmである
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
3. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the thickness of the semiconductor active layer of the memory TFT is 1 to 50 nm.
【請求項4】請求項1において、前記メモリセルアレイ
または前記メモリセルの駆動回路を構成するTFTは完
全空乏型であることを特徴とする不揮発性メモリ。
4. The non-volatile memory according to claim 1, wherein a TFT forming the memory cell array or a driving circuit of the memory cell is a completely depleted type.
【請求項5】請求項2において、前記メモリセルアレイ
または前記メモリセルの駆動回路を構成するTFTの半
導体活性層の膜厚は、1nm以上であり、かつ、前記TF
Tのチャネル長の1/4以下であることを特徴とする不
揮発性メモリ。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor active layer of the TFT constituting the memory cell array or the driving circuit of the memory cell has a thickness of 1 nm or more, and
A non-volatile memory, wherein the length of the non-volatile memory is not more than 1/4 of the channel length of T.
【請求項6】請求項4または請求項5において、前記メ
モリセルアレイまたは前記メモリセルの駆動回路を構成
するTFTの半導体活性層の膜厚は、1〜50nmである
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
6. The nonvolatile memory according to claim 4, wherein a thickness of a semiconductor active layer of a TFT constituting the memory cell array or a drive circuit of the memory cell is 1 to 50 nm. .
【請求項7】請求項1乃至請求項6のいずれか1項にお
いて、前記複数のメモリセルがそれぞれ有するTFTは
前記メモリTFTだけであることを特徴とする不揮発性
メモリ。
7. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the plurality of memory cells each have only the memory TFT.
【請求項8】請求項1乃至請求項6のいずれか1項にお
いて、前記複数のメモリセルがそれぞれ有するTFTは
前記メモリTFTとスイッチングTFTであることを特
徴とする不揮発性メモリ。
8. The non-volatile memory according to claim 1, wherein the TFTs included in each of the plurality of memory cells are the memory TFT and a switching TFT.
【請求項9】請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記
載の不揮発性メモリであって、フラッシュタイプの消去
を行うことを特徴とする不揮発性メモリ。
9. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein a flash-type erase is performed.
【請求項10】請求項1乃至請求項9のいずれか1項に
おいて、前記基板とは、絶縁表面を有する基板であるこ
とを特徴とする不揮発性メモリ。
10. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the substrate is a substrate having an insulating surface.
【請求項11】請求項1乃至請求項9のいずれか1項に
おいて、前記基板とは、SOI基板であることを特徴と
する不揮発性メモリ。
11. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the substrate is an SOI substrate.
【請求項12】複数の画素がマトリクス状に配置された
画素部と、前期画素部を駆動する駆動回路と、請求項1
0に記載の不揮発性メモリと、を少なくとも備えた半導
体装置であって、 前記画素部と前記駆動回路と前記不揮発性メモリとは、
絶縁表面を有する基板上に一体形成されることを特徴と
する半導体装置。
12. A pixel section in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, a driving circuit for driving said pixel section,
A nonvolatile memory according to claim 1, wherein the pixel unit, the driving circuit, and the nonvolatile memory are:
A semiconductor device which is formed over a substrate having an insulating surface.
【請求項13】請求項12において、前記半導体装置と
は、液晶表示装置、或いはEL表示装置であることを特
徴とする半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the semiconductor device is a liquid crystal display device or an EL display device.
【請求項14】請求項12において、前記半導体装置と
は、ディスプレイ、ビデオカメラ、ヘッドマウントディ
スプレイ、DVDプレーヤー、ゴーグル型ディスプレ
イ、パーソナルコンピュータ、携帯電話、カーオーディ
オであることを特徴とする半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 12, wherein the semiconductor device is a display, a video camera, a head mounted display, a DVD player, a goggle type display, a personal computer, a mobile phone, and a car audio.
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