(57)【要約】【課題】  十分なチャネル電流が得られるように、局在化した電荷のキャリア密度を向上させる。【解決手段】  半導体記憶装置は、第１の強誘電体膜（３）及び第２の強誘電体膜（６）よりなる積層膜と、積層膜を垂直方向に横切る電場を発生させる手段（２、７）と、第１の強誘電体膜（３）と第２の強誘電体膜（６）との界面に電流を流し且つ前記電流を検出する手段（４、５）とを備えている。【選択図】  図１
2006303040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強誘電体膜及び第２の強誘電体膜よりなる積層膜と、
前記積層膜を垂直方向に横切る電場を発生させる手段と、
前記第１の強誘電体膜と前記第２の強誘電体膜との界面に電流を流し且つ前記電流を検出する手段とを備えていることを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項２】
前記第１の強誘電体膜の抗電圧と前記第２の強誘電体膜の抗電圧とが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体記憶装置。
【請求項３】
前記電場を発生させる手段は、前記積層膜を介して対向するように配置された一対の電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体記憶装置。
【請求項４】
前記界面に電流を流し且つ前記電流を検出する手段は、前記第１の強誘電体膜又は前記第２の強誘電体膜に電気的に接続されると共に、前記界面における前記電流が流れる領域を介して配置された一対の電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体記憶装置。
【請求項５】
積層膜における界面を流れる電流の変調を利用した半導体記憶装置の動作方法であって、
前記電流の変調は、抗電圧が互いに異なる第１の強誘電体膜及び第２の強誘電体膜よりなる前記積層膜を垂直方向に横切る電場を発生させ、前記第１の強誘電体膜の自発分極を反転させることによって行なうことを特徴とする半導体記憶装置の動作方法。
【請求項６】
前記第１の強誘電体膜の自発分極を反転させる前に、前記第２の強誘電体膜に、前記第１の強誘電体膜の自発分極を反転させる向きとは反対向きの自発分極を誘起させておくことを特徴とする請求項５に記載の半導体記憶装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体膜を用いた半導体記憶装置及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソース及びドレインを有する半導体基板上に、ソース及びドレインを跨ぐように形成された強誘電体ゲート電極を備えた半導体記憶装置であって、強誘電体膜における自発分極の向きによって半導体基板表面におけるソースとドレインとの間の抵抗を変調するＭＦＳ（Metal-Ferroelectric-Semiconductor ）構造の強誘電体メモリは、古くから研究されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。
【０００３】
ＭＦＳ構造の強誘電体メモリは、自発分極の反転を伴うことなくデータの読み出しができる、つまり、いわゆる非破壊読み出しができるので、読み出し動作による強誘電体膜における分極反転疲労という潜在的課題を有していない。また、ソース、ドレイン及びゲートというトランジスタ構造よりなる一素子で１ビットのデータを記憶できるので、高集積化に適した構造としても期待されている。
【０００４】
近年、強誘電体膜を用いた半導体記憶装置の高集積化、高機能化及び高速化に伴って、ＭＦＳ構造に類似した非破壊読み出しが可能な強誘電体メモリが多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。特に、強誘電体膜が半導体基板と直接接合する構造であることから、主として強誘電体による酸化作用によって生じる半導体基板表面の乱れを阻止するための様々な工夫がなされている。
【０００５】
強誘電体膜と半導体基板との界面に生じる不安定性を克服する一つのアプローチとして、酸化作用に対して互いに安定な強誘電体膜と絶縁膜とを接合する構造とすることにより、強誘電体膜と絶縁膜との界面の抵抗を強誘電体膜における自発分極によって変調させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
以下、従来の強誘電体メモリ素子について図６〜図１０を参照しながら説明する。特に、強誘電体膜と絶縁膜との界面の抵抗を強誘電体膜における自発分極によって変調させる方法について説明する。なお、図６は、従来の強誘電体メモリ素子の構造を示す要部断面図である。
【０００７】
図６に示すように、シリコンなどの半導体よりなる基板１０１の上には、金属又は導電性金属酸化物よりなる導電膜１０２が形成されている。導電膜１０２の上には、ＳｉＯ2 又はＳｉＯxＮy などよりなる絶縁膜１０３が形成されており、該絶縁膜１０３の上には、ソース電極１０４及びドレイン電極１０５が配置されている。絶縁膜１０３の上には、ソース電極１０４及びドレイン電極１０５を覆うように強誘電体膜１０６が形成されている。強誘電体膜１０６の上には、ソース電極１０４とドレイン電極１０５との間の領域を跨ぐような位置にゲート電極１０７が配置されている。
【０００８】
以上の構成を有する強誘電体メモリ素子においては、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面がソース電極１０４とドレイン電極１０５との間のチャネルとなる。
【０００９】
以下に、前述の構成を有する従来の半導体記憶装置の動作方法について、図７〜図１０を参照しながら説明する。なお、図７〜図１０は、従来の強誘電体メモリ素子の動作方法を説明するために用いる模式図である。
【００１０】
＜書き込み動作＞
図６に示した強誘電体メモリ素子へのデータの書き込みは、ゲート電極１０７と導電膜１０２との間に正又は負のパルス電圧を印加することにより、強誘電体膜１０６中に自発分極を誘起させる。ここで、強誘電体膜１０６中に誘起された自発分極の向きは、ゲート電極１０７と導電膜１０２との間に印加するパルス電圧の極性によって決定される。
【００１１】
例えば、図７に示すように、導電膜１０２の電位を接地電位（ＧＮＤ）として、ゲート電極１０７に正のパルス電圧（＋Ｖapp ）を与えると、強誘電体膜１０６には、単位面積当たりの電荷Ｐ（Ｃ／ｃｍ2 ）の自発分極１１０が誘起されると共に、絶縁膜１０３には、単位面積当たりの電荷ｑ（Ｃ／ｃｍ2 ）の誘電分極１２０が誘起される。
【００１２】
次に、図８に示すように、ゲート電極１０７の電位を接地電位（ＧＮＤ）とすると、ソース電極１０４及びドレイン電極１０５から電子１３０が注入されることにより、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面における下向きの自発分極１１０の電荷を補償する。このため、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面と導電膜１０２との間の電位差は次第に小さくなる。最終的には、図９に示すように、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面における下向きの自発分極１１０の電荷は電子１３０によってすべて補償される。このとき、自発分極１１０の電荷はイオン性であるので、動くことはできない。したがって、強誘電体１０６と絶縁膜１０３との界面を移動できる電荷は、自発分極１１０に結合した電子１３０だけである。
【００１３】
一方、導電膜１０２の電位を接地電位（ＧＮＤ）として、ゲート電極１０７に負のパルス電圧（−Ｖapp ）を与えると、強誘電体膜１０６には、単位面積当たりの電荷−Ｐ（Ｃ／ｃｍ2 ）の自発分極１１０が誘起されると共に、絶縁膜１０３には、単位面積当たりの電荷−ｑ（Ｃ／ｃｍ2 ）の誘電分極１２０が誘起される。その後、図１０に示すように、ゲート電極１０７の電位を接地電位（ＧＮＤ）とすると、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面近傍の原子が電子を放出して正にイオン化し、この正にイオン化した原子２００が上向きの自発分極１１０の電荷を補償する。この場合、原子から放出された電子はソース電極１０４及びドレイン電極１０５へ流出する。このため、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面には、正にイオン化した原子２００と、イオン性の自発分極１１０の電荷とのみが残存する。したがって、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面を移動できる電荷は存在しない。
【００１４】
＜読み出し動作＞
次に、強誘電体メモリ素子からのデータの読み出しは、強誘電体膜１０６における自発分極１１０の向きによってチャネルの導通状態（すなわち、動ける電荷の数）が異なるので、ソース電極１０４とドレイン電極１０５との間にバイアス電圧を加えたときのチャネル電流の抵抗の変化を読み取ることにより、自発分極１１０の向きが上向き（導電膜１０２に対して負となる電圧をゲート電極１０７に印加して書き込みを行なった場合）であるか、自発分極１１０の向きが下向き（導電膜１７に対して正となる電圧をゲート電極１５に印加して書き込みを行なった場合）であるかを判別することができる。
【００１５】
すなわち、自発分極１１０の向きが上向きである場合には、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面には移動可能な電子の数が少ないので、チャネルの抵抗は高くなる。逆に、自発分極１１０の向きが下向きである場合には、強誘電体膜１０６と絶縁膜１０３との界面には移動可能な電子の数が多いので、チャネルの抵抗は低くなる。このように、チャネル電流は自発分極１１０の向きに応じて変化することになるので、自発分極１１０の向きを判別することができる。
【００１６】
なお、絶縁膜１０３の代わりに、ＳｒＴｉＯ3 などの導電性酸化物を用いた場合であっても、上記の効果と同様の効果が期待できることが、特許文献３に報告されている。
【特許文献１】特開平５−９０５９９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２５３８号公報
【特許文献３】特開平７−３２６６８３号公報
【非特許文献１】J. L. Moll and Y. Tarui, IEEE Electron Devices, Vol. ED-10, p.338 (1963).
【非特許文献２】S.-Y. Wu, IEEE Electron Devices, Vol. ED-21, p.499 (1974).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来の強誘電体メモリ素子の場合、チャネルを移動可能な電荷のキャリア密度は自発分極とせいぜい同程度であるので、読み出し動作時におけるチャネル電流の大きさとしては十分ではないという問題がある。
【００１８】
すなわち、仮に自発分極の大きさが、代表的な値である１０μＣ／ｃｍ2 程度であると想定すると、チャネルにおける電荷のキャリア密度は１０14個／ｃｍ2 程度となり、金属表面における電荷密度に近い電荷密度を達成することができる。しかしながら、自発分極の電荷を補償する電荷のキャリアは自発分極の電荷に強く拘束されているので、この自発分極の電荷を補償する電荷のキャリアを、隣り合う自発分極の電荷と結合した電荷のキャリアと相互に交換することは容易ではない。言い換えると、自発分極の電荷を補償する電荷の波動関数は局在化している。
【００１９】
前記に鑑み、本発明の目的は、十分なチャネル電流が得られるように、局在化した電荷のキャリア密度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するため、本発明の一側面に係る半導体記憶装置は、第１の強誘電体膜及び第２の強誘電体膜よりなる積層膜と、積層膜を垂直方向に横切る電場を発生させる手段と、第１の強誘電体膜と第２の強誘電体膜との界面に電流を流し且つ前記電流を検出する手段とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置によると、第１の強誘電体膜と第２の強誘電体膜との界面に、第１の強誘電体膜における自発分極と第２の強誘電体膜における自発分極とが足し合わされた電荷をキャリアとして誘起することが可能になる。このため、十分なチャネル電流が得られる。したがって、第１の強誘電体膜と第２の強誘電体膜との界面に誘起されたキャリアが第１の強誘電体膜及び第２の強誘電体膜のそれぞれの自発分極の電荷に拘束されて局在化していても、隣り合うキャリア間の距離が従来例の場合と比べて縮まることにより、波動関数の重なりが増して、隣り合うキャリア相互間の交換が容易になるので、局在化した電荷のキャリア密度が向上し、十分なチャネル電流を得ることができる。
【００２２】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置において、第１の強誘電体膜の抗電圧と第２の強誘電体膜の抗電圧とが互いに異なることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、第１の強誘電体膜及び第２の強誘電体膜のうちのいずれか一方の強誘電体膜の自発分極のみを反転させることができる。このため、第１の強誘電体膜によって誘起されたキャリアと第２の強誘電体膜の自発分極によって誘起されたキャリアとを効率良く足し合わせることが可能になる。
【００２４】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置において、電場を発生させる手段は、積層膜を介して対向するように配置された一対の電極を含むことが好ましい。
【００２５】
このようにすると、簡便な構成で、積層膜を垂直方向に横切る電場を発生させることができる。
【００２６】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置において、界面に電流を流し且つ電流を検出する手段は、第１の強誘電体膜又は第２の強誘電体膜に電気的に接続されると共に、界面における電流が流れる領域を介して配置された一対の電極を含むことが好ましい。
【００２７】
このようにすると、簡便な構成で、界面を流れる電流を検出することができる。
【００２８】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置の動作方法は、積層膜における界面を流れる電流の変調を利用した半導体記憶装置の動作方法であって、電流の変調は、抗電圧が互いに異なる第１の強誘電体膜及び第２の強誘電体膜よりなる積層膜を垂直方向に横切る電場を発生させ、第１の強誘電体膜の自発分極を反転させることによって行なうことを特徴とする。
【００２９】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置の動作方法によると、第１の強誘電体膜における自発分極によって誘起されるキャリアと第２の強誘電体膜における自発分極によって誘起されるキャリアとを効率良く足し合わせることが可能になるので、このように足し合わされたキャリアを第１の強誘電体膜と第２の強誘電体膜との界面に得ることにより、十分なチャネル電流を得ることができる。
【００３０】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置の動作方法において、第１の強誘電体膜の自発分極を反転させる前に、第２の強誘電体膜に、第１の強誘電体膜の自発分極を反転させる向きとは反対向きの自発分極を誘起させておくことが好ましい。
【００３１】
このようにすると、自発分極を反転させない第２の強誘電体膜に予め誘起された自発分極の電荷を補償するキャリアをチャネル電流として利用することが可能になる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の一側面に係る半導体記憶装置及びその動作方法によると、第１の強誘電体膜と第２の強誘電体膜との界面がチャネルとなり、一方の強誘電体膜における自発分極を固定した後、他方の強誘電体膜における自発分極をデータに応じて反転させることにより、非破壊読み出しにおいて大きなチャネル電流を得ることができる。したがって、長期的に安定なデータ保持特性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置について、図１〜図５を参照しながら説明する。なお、図１は、本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示す要部断面図である。
【００３４】
＜半導体記憶装置の構成＞
図１に示すように、シリコンなどの半導体よりなる基板１の上には、金属又は導電性金属酸化物よりなる導電膜２が形成されている。導電膜２の上には、第１の強誘電体膜３が形成されており、該第１の強誘電体膜３の上には、ソース電極４及びドレイン電極５が配置されている。第１の強誘電体膜３の上には、ソース電極４及びドレイン電極５を覆うように、第２の強誘電体膜６が形成されている。第２の強誘電体膜６の上には、ソース電極４とドレイン電極５との間の領域を跨ぐような位置にゲート電極７が配置されている。なお、第１の強誘電体膜３は、第１の抗電圧が印加されたときに強誘電体の分極反転が生じ、第２の強誘電体膜６は、第２の抗電圧が印加されたときに強誘電体の分極反転が生じるものとする。また、抗電圧とは、強誘電体に印加される電圧であって、強誘電体の分極反転に必要な大きさの電界（抗電界）を生じさせる電圧のことを言う。
【００３５】
ここで、第１の強誘電体膜３及び第２の強誘電体膜６は、互いに構成元素が異なる場合であってもよいし、又は、互いに構成元素が同一であって且つ互いに化学量論組成比が異なる場合であってもよい。具体的には、第１の強誘電体膜３及び第２の強誘電体膜６の積層構造（第１の強誘電体膜３／第２の強誘電体膜６）として、ＳｒＢｉ2ＴａＯ2 ／Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12 、又はＢｉxＴｉ4-xＴｉ3Ｏ12 ／ＢｉyＴｉ4-yＴｉ3Ｏ12 よりなる積層構造など、強誘電性を示すペロブスカイト型結晶構造又はこれに類似する結晶構造を持つ金属酸化物の中から選択される様々な組み合わせによる積層構造などが挙げられる。
【００３６】
以上の構成を有する強誘電体メモリ素子においては、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面がソース電極４とドレイン電極５との間のチャネルとなる。
【００３７】
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の動作方法について、図２〜図５を参照しながら説明する。なお、図２〜図５は、本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の動作方法を説明するための模式図である。
【００３８】
＜事前の設定＞
まず最初に、第１の強誘電体膜３に、単位面積当たりの電荷Ｐ１（Ｃ／ｃｍ2 ）である第１の自発分極３Ａを誘起させる。
【００３９】
具体的には、図２に示すように、導電膜２の電位を接地電位（ＧＮＤ）として、ゲート電極７に例えば負バイアス（−Ｖ*app）を印加することにより、第１の強誘電体膜３中に、単位面積当たりの電荷Ｐ１（Ｃ／ｃｍ2 ）を有する上向きの第１の自発分極３Ａが誘起されると共に、第２の強誘電体膜６中に、単位面積当たりの電荷Ｐ２（Ｃ／ｃｍ2 ）を有する上向きの第２の自発分極６Ａが誘起される。このとき、第１の強誘電体膜３に配分される電位差が第１の抗電圧よりも大きくなると共に、第２の強誘電体膜６に配分される電位差が第２の抗電圧よりも大きくなるように、ゲート電極７に印加する負バイアス、第１の強誘電体膜３の誘電率及び膜厚、並びに第２の強誘電体膜６の誘電率及び膜厚を調整しておく。また、このとき、第１の強誘電体膜３の膜厚は、第２の強誘電体膜６の膜厚よりも厚くしておくことが望ましい。
【００４０】
＜書き込み動作＞
次に、前述した構成を有する半導体記憶装置へのデータの書き込みは、図３に示すように、ゲート電極７に正のパルス電圧（＋Ｖapp ）を印加することにより、第２の強誘電体膜６の第２の自発分極６Ａだけを下向きに反転させる。ここで、正のパルス電圧（＋Ｖapp ）の大きさとしては、第１の強誘電体膜３に配分される電位差が第１の抗電圧よりも小さくなると共に、第２の強誘電体膜６に配分される電位差が第２の抗電圧よりも大きくなるように選択すればよい。
【００４１】
次に、図４に示すように、ゲート電極７の電位を接地電位（ＧＮＤ）とすることにより、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面（すなわちチャネル）には、第１の自発分極３Ａの電荷Ｐ１を補償するキャリアとしての電子４０と、第２の自発分極６Ａの電荷Ｐ２を補償するキャリアとしての電子４０とが存在することになる。つまり、チャネルには、電荷（Ｐ１＋Ｐ２）と等量の電子４０が存在することになる。このため、チャネルに存在する電子４０の密度（Ｐ１＋Ｐ２）は、第１の強電体膜３及び第２の強誘電体膜６のうちの一方が絶縁膜よりなる場合におけるチャネルに存在する電子の密度（Ｐ１又はＰ２）よりも大きい。したがって、チャネルに存在する電子４０が第１の自発分極３Ａの電荷及び第２の自発電極６Ａの電荷に拘束されて局在化していても、隣り合う電子４０間の距離が従来例の場合と比べて縮まることにより、波動関数の重なりが増して、隣り合う電子４０相互間の交換が急激に容易になる。その結果、十分なチャネル電流が得られることとなる。
【００４２】
次に、ゲート電極１５に負のパルス電圧（−Ｖapp ）を印加することにより、第２の強誘電体２２の第２の自発分極６Ａだけの向きを上向きに反転させる。
【００４３】
次に、図５に示すように、ゲート電極１５の電位を接地電位（ＧＮＤ）とすると、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面近傍の原子が電子を放出して正にイオン化し、この正にイオン化した原子５０が、第２の強誘電体膜６における上向きの第２の自発分極６Ａの電荷を補償する。この場合、原子から放出された電子はソース電極４及びドレイン電極５へ流出し、その結果、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面には、正にイオン化した原子５０と、第２の自発分極６Ａにおけるイオン性の正の電荷とが残存する。したがって、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面、すなわちチャネルを移動できる電荷は存在しない。
【００４４】
＜読み出し動作＞
次に、強誘電体メモリ素子からのデータの読み出しは、ソース電極４とドレイン電極５との間にバイアス電圧を加えたときのチャネル電流の抵抗の変化、すなわち、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面に大きなチャネル電流が流れているか小さなチャネル電流が流れているかを読み取ることにより、第２の強誘電体膜６の第２の自発分極６Ａの向きが上向きであるか下向きであるかを判別することができる。
【００４５】
すなわち、第２の自発分極６Ａの向きが上向きである場合、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面には、小さなチャネル電流が流れている（移動可能な電子の数が少ない）ので、チャネルの抵抗は高くなる。逆に、第２の自発分極６Ａの向きが下向きである場合、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面には、大きなチャネル電流が流れている（移動可能な電子の数が非常に多い（電荷（Ｐ１＋Ｐ２）と等量の電子））ので、チャネルの抵抗は低くなる。このように、チャネル電流は第２の自発分極６Ａの向きに応じて変化することになるので、第２の強誘電体膜６の第２の自発分極６Ａの向きが上向きであるか下向きであるかの判別が可能になる。
【００４６】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置及びその動作方法によると、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面（すなわちチャネル）に、第１の自発分極３Ａの電荷Ｐ１を補償するキャリアとしての電子４０と、第２の自発分極６Ａの電荷Ｐ２を補償するキャリアとしての電子４０とを誘起させることができる。このため、チャネルに存在する電子４０が第１の自発分極３Ａの電荷Ｐ１及び第２の自発電極６Ａの電荷Ｐ２に拘束されて局在化していても、隣り合う電子４０間の距離が従来例の場合と比べて縮まることにより、波動関数の重なりが増して、隣り合う電子４０相互間の交換が容易になるので、局在化した電荷のキャリア密度が向上し、十分なチャネル電流を得ることができる。したがって、長期的に安定なデータ保持特性を実現することができる。
【００４７】
ここで、前述した本発明に係る一実施形態においては、第１の強誘電体膜３の第１の自発分極３Ａを固定しておいてから、第２の強誘電体膜６における第２の自発分極６Ａを反転させる場合について説明したが、その反対の場合、つまり、第２の強誘電体膜６の第２の自発分極６Ａを固定しておいてから、第１の強誘電体膜３における第１の自発分極３Ａを反転させる場合であってもよい。この場合には、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６とに配分される電位差を、第１の強誘電体膜３の第１の抗電圧、誘電率及び膜厚、並びに、第２の強誘電体膜６の第２の抗電圧、誘電率、及び膜厚によって調整することにより、前述と同様に実施可能であり、前述と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４８】
また、前述した本発明に係る一実施形態においては、チャネルのキャリアが電子である場合について説明したが、チャネルのキャリアとして正孔が支配的である場合であってもよい。この場合には、前述した動作方法の手順において、すべての電気的極性を逆転させた手順により、前述と同様に実施可能であり、前述と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４９】
また、前述した本発明の一実施形態においては、第１の強誘電体膜３の第１の抗電圧と第２の強誘電体膜６の第２の抗電圧とが互いに異なる一般的な場合について説明したが、第１の強誘電体膜３の第１の抗電圧と第２の強誘電体膜６の第２の抗電圧とが等しい場合であって、且つ、第１の強誘電体膜３の第１の自発分極３Ａと第２の強誘電体膜６の第２の自発分極６Ａとが大きさの等しい特殊な場合であっても、前述と同様に実施可能であり、前述と同様の効果が得られる。すなわち、この場合には、第１の強誘電体膜３と第２の強誘電体膜６との界面における分極電荷の過不足はゼロとなるが、界面における電荷中性則を満足するように、電子と正孔との対によって、第１の強誘電体膜３における第１の自発分極３Ａの先頭と第２の強誘電体膜６における第２の自発分極６Ａの後尾とは補填されるので、電子及び正孔の双方がキャリアとなって、前述の図８〜１０を用いて説明した従来例におけるキャリア密度以上のキャリア密度を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上説明したように、本発明は、非破壊読み出し可能な強誘電体メモリに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の構造を示す要部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【図６】従来の半導体記憶装置の構造を示す要部断面図である。
【図７】従来の半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【図８】従来の半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【図９】従来の半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【図１０】従来の半導体記憶装置の動作方法を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２  導電膜
３  第１の強誘電体膜
３Ａ  第１の自発分極
４  ソース電極
５  ドレイン電極
６  第２の強誘電体膜
６Ａ  第２の自発分極
７  ゲート電極
４０  電子
５０  原子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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