KR20060054511A - Direct charge injection type memory device and its manufacturing and operation method - Google Patents
Direct charge injection type memory device and its manufacturing and operation method Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060054511A KR20060054511A KR1020040093571A KR20040093571A KR20060054511A KR 20060054511 A KR20060054511 A KR 20060054511A KR 1020040093571 A KR1020040093571 A KR 1020040093571A KR 20040093571 A KR20040093571 A KR 20040093571A KR 20060054511 A KR20060054511 A KR 20060054511A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- channel
- charge storage
- conductive
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/30—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having three or more electrodes, e.g. transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
직접 전하 주입형 메모리 소자와 그 제조 및 동작 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명은 이격된 제1 및 제2 채널층과, 이들을 연결하는 도전층과, 상기 제1 채널층에 연결된 패드 도전층과, 상기 제2 채널층에 연결된 전하 저장층과, 상기 제1 채널층의 온 오프를 제어하는 제1 게이트 및 상기 제2 채널층의 온 오프를 제어하고 상기 전하 저장층으로의 전하의 집중과 상기 전하 저장층으로부터의 전하의 방출에 관계하는 제2 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자와 그 제조 및 동작 방법을 제공한다.Disclosed are a direct charge injection type memory device and a method of manufacturing and operating the same. The present invention discloses spaced apart first and second channel layers, a conductive layer connecting them, a pad conductive layer connected to the first channel layer, a charge storage layer connected to the second channel layer, and the first channel. A first gate for controlling the on-off of the layer and a second gate for controlling the on-off of the second channel layer and relating to concentration of charge to the charge storage layer and release of charge from the charge storage layer. Provided are a memory device, and a method of manufacturing and operating the same.
Description
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 직접 전하 주입형 메모리 소자의 단면도이다.1 to 3 are cross-sectional views of a direct charge injection type memory device according to the first to third embodiments of the present invention, respectively.
도 4 내지 도 12는 도 1에 도시한 메모리 소자의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.4 through 12 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the memory device illustrated in FIG. 1 step by step.
도 13 내지 도 17은 도 1에 도시한 메모리 소자의 동작 방법과 관련된 단면도들이다.13 to 17 are cross-sectional views related to a method of operating the memory device illustrated in FIG. 1.
도 18은 도 1에 도시한 메모리 소자로 이루어진 4 비트 어레이의 평면도이다.FIG. 18 is a plan view of a 4-bit array consisting of the memory elements shown in FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Major Parts of Drawings *
20, 60:하부전극(기판) 24, 40, 62:패드 도전층20, 60: lower electrode (substrate) 24, 40, 62: pad conductive layer
22, 42, 66:제1 채널층(제1 상전이층)22, 42, 66: first channel layer (first phase transition layer)
28, 46, 70, 92:제2 채널층(제2 상전이층)28, 46, 70, 92: second channel layer (second phase transition layer)
26, 44, 64:도전층 30, 48, 68, 94:전하 저장층26, 44, 64:
32, 74:상부전극 34, 76:층간 절연층
32, 74:
54:제1 전극 52:절연층54: first electrode 52: insulating layer
50:제2 전극 72:중간 전극50: second electrode 72: intermediate electrode
34a, 34b, 34c:제1 내지 제3 절연층34a, 34b, 34c: first to third insulating layers
80, 88:제1 및 제2 도전층 A1, A2:제1 및 제2 영역80, 88: First and second conductive layers A1, A2: First and second regions
82, 90:감광막 패턴82, 90: photosensitive film pattern
80a, 80b:제1 도전층(80)의 제1 및 제2 패턴80a and 80b: first and second patterns of the first
84:비어홀 86:도전성 플러그84: beer hole 86: conductive plug
88a:제2 도전층 패턴88a: second conductive layer pattern
본 발명은 메모리 소자에 관련된 것으로, 보다 자세하게는 전하 직접 주입형으로 트랜지스터가 불필요한 메모리 소자와 그 제조 및 동작방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
이상적인 메모리 소자는 높은 집적도와 신뢰성을 확보할 수 있고, 고속 동작이 가능하며, 저 전압 구동이 가능하고 전력 소모가 낮을 뿐만 아니라 저장된 데이터를 원래 상태로 오랫동안 저장할 수 있는 것이다. The ideal memory device is capable of high integration and reliability, high-speed operation, low voltage drive, low power consumption, and long-term storage of stored data.
현재까지 소개된 메모리 소자들은 이러한 이상적 메모리 소자의 모든 조건을 충족시키지는 못하지만, 최근 휘발성 메모리 소자와 불휘발성 메모리 소자의 경계가 모호해지면서 많은 부분에서 이상적인 메모리 소자에 근접하고 있다.The memory devices introduced to date do not satisfy all the requirements of such an ideal memory device, but recently, the boundary between volatile memory devices and nonvolatile memory devices is blurred, and in many cases, they are approaching ideal memory devices.
그 대표적인 것으로 플래시 메모리로 사용되는 소노스(SONOS) 메모리 소자를 들 수 있다. 소노스 메모리 소자는 전계 효과 트랜지스터 구조를 가지면서 게이트에 스토리지 노드를 갖기 때문에, 데이터 저장을 위한 별도의 노드가 필요하지 않다. 그러므로 소노스 메모리 소자는 트랜지스터와 커패시터로 이루어진 기존의 DRAM보다 직접도는 높고 불휘발성을 갖는 이점을 갖고 있다.A typical example is a SONOS memory device used as a flash memory. Since the Sonos memory device has a field effect transistor structure and a storage node at a gate, a separate node for data storage is not necessary. Therefore, the Sonos memory device has the advantage of higher directness and nonvolatileness than the conventional DRAM composed of transistors and capacitors.
그러나 소오스 메모리 소자의 경우, 데이터를 저장하기 위해서는 소오스와 드레인사이의 채널에 흐르는 전자를 게이트 내의 스토리지 노드에 트랩시켜야 하는데, 이 과정에서 전자는 터널링막을 통과하여야 한다. 또한, 저장된 데이터를 소거하는 경우에도 스토리지 노드로부터 방출되는 전자는 터널링막을 통과하여야 한다. 따라서 데이터의 기록과 소거 동작을 고속으로 수행하는데 한계가 있다. 또한, 반복 동작 중에 터널링막이 열화되는 경우, 데이터의 기록과 소거 동작이 정해진 전압과 다른 전압에서 일어날 수도 있는데, 이에 따른 동작의 신뢰성이 저하될 우려도 있다. However, in the case of a source memory device, in order to store data, electrons flowing in a channel between the source and the drain must be trapped in a storage node in the gate, which must pass through the tunneling layer. In addition, even when the stored data is erased, electrons emitted from the storage node must pass through the tunneling layer. Therefore, there is a limit in performing data write and erase operations at high speed. In addition, when the tunneling film deteriorates during the repetitive operation, data writing and erasing operations may occur at a voltage different from the predetermined voltage, which may lower the reliability of the operation.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 높은 집적도와 함께 고속 동작 및 높은 신뢰성을 확보할 수 있으며, 저 전압 동작이 가능하고, 전력 소모를 줄일 수 있는 직접 전하 주입형 메모리 소자를 제공함에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-described problems of the prior art, it is possible to ensure high-speed operation and high reliability with high integration, low voltage operation, can reduce the power consumption direct charge An implantable memory device is provided.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 메모리 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a memory device.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 메모리 소자의 동작 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of operating the memory device.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 이격된 제1 및 제2 채널층과, 이들을 연결하는 도전층과, 상기 제1 채널층에 연결된 패드 도전층과, 상기 제2 채널층에 연결된 전하 저장층과, 상기 제1 채널층의 온 오프를 제어하는 제1 게이트 및 상기 제2 채널층의 온 오프를 제어하고 상기 전하 저장층으로의 전하의 집중과 상기 전하 저장층으로부터의 전하의 방출에 관계하는 제2 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides spaced apart first and second channel layers, a conductive layer connecting them, a pad conductive layer connected to the first channel layer, and a charge storage connected to the second channel layer. A layer and a relationship between concentration of charge in the charge storage layer and release of charge from the charge storage layer controlling on and off of the first gate and the second channel layer controlling on and off of the first channel layer. It provides a memory device comprising a second gate.
상기 제1 및 제2 게이트와 상기 패드 도전층은 평행하게 구비될 수 있다. 또는 상기 제1 및 제2 게이트는 수직하게, 상기 패드 도전층과 상기 제2 게이트는 평행하게 구비될 수 있다.The first and second gates and the pad conductive layer may be provided in parallel. Alternatively, the first and second gates may be vertically disposed, and the pad conductive layer and the second gate may be provided in parallel.
상기 제1 및 제2 채널층은 평행하게 또는 수직으로 구비될 수 있다.The first and second channel layers may be provided in parallel or vertically.
상기 제1 및 제2 채널층은 소정 세기의 전기장 하에서 물성이 도전성에서 절연성으로 혹은 그 반대로 변화하는 상전이층일 수 있다. 이 경우, 상기 상전이층은 바나듐 산화물(VOx)층 또는 니켈 산화물(Ni0x)층일 수 있다.The first and second channel layers may be phase transition layers in which physical properties change from conductive to insulating or vice versa under an electric field of a predetermined intensity. In this case, the phase transition layer may be a vanadium oxide (VOx) layer or a nickel oxide (Ni0x) layer.
상기 전하 저장층은 금속층 및 폴리 실리콘층 중 어느 하나일 수 있다.The charge storage layer may be any one of a metal layer and a polysilicon layer.
상기 제2 게이트는 상기 제2 채널층의 온 오프를 제어하는 제1 부분과, 상기 전하 저장층으로의 전하의 집중과 상기 전하 저장층으로부터의 전하의 방출에 관계하는 제2 부분으로 이분될 수 있다. 이때, 상기 제1 채널층과 상기 제2 채널층은 수직하고, 상기 전하 저장층과 상기 제2 채널층은 평행하게 구비될 수 있다. The second gate may be divided into a first portion that controls on and off of the second channel layer, and a second portion that is related to concentration of charges to the charge storage layer and release of charge from the charge storage layer. have. In this case, the first channel layer and the second channel layer may be vertical, and the charge storage layer and the second channel layer may be provided in parallel.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 게이트를 형성하는 단계, 상기 제1 게이트 상에 제1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 이격된 도전성 제1 및 제2 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 패턴사이의 상기 제1 절연층 상에 제1 채널층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 상기 제1 및 제2 패턴과 상기 제1 채널층을 덮는 제2 절연층을 형성하는 단계, 상기 제2 절연층에 상기 제2 패턴이 노출되는 비어홀을 형성하는 단계, 상기 비어홀을 도전성 플러그로 채우는 단계, 상기 제2 절연층 상에 상기 도전성 플러그의 노출된 면을 덮는 도전층 패턴과, 제2 채널층과, 전하 저장층을 형성하되, 각각 서로 접촉되게 형성하는 단계, 상기 제2 절연층 상에 상기 도전층 패턴, 상기 제2 채널층 및 상기 전하 저장층을 덮는 제3 절연층을 형성하는 단계, 상기 제3 절연층 상에 제2 게이트를 형성하는 단계 및 상기 제1 패턴의 일부를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is a step of forming a first gate, forming a first insulating layer on the first gate, the conductive first and second spaced apart on the first insulating layer Forming a pattern, forming a first channel layer on the first insulating layer between the first and second patterns, on the first insulating layer, the first and second patterns and the first channel Forming a second insulating layer covering the layer, forming a via hole in which the second pattern is exposed in the second insulating layer, filling the via hole with a conductive plug, and forming the conductive plug on the second insulating layer Forming a conductive layer pattern, a second channel layer, and a charge storage layer, each of which is in contact with each other, the conductive layer pattern on the second insulating layer, and the second channel layer; A third insulating layer covering the charge storage layer; And forming a second gate on the third insulating layer, and exposing a portion of the first pattern.
본 발명은 또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 소정 두께의 제1 게이트를 형성하는 단계, 상기 제1 게이트 상에 제1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 제1 채널층과 도전층 패턴을 접촉되게 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 상기 도전층 패턴과 상기 제1 채널층을 덮는 제2 절연층을 형성하는 단계, 상기 제2 절연층에 상기 제1 채널층이 노출되는 비어홀을 형성하는 단계, 상기 비어홀을 도전성 플러그로 채우는 단계, 상기 제2 절연층 상에 상기 도전성 플러그의 노출된 전면을 덮는 제2 채널층과 전하 저장층을 형성하되, 서로 접촉되게 형성하는 단계, 상기 제2 절연층 상에 상기 제2 채널층 및 상기 전하 저장층을 덮 는 제3 절연층을 형성하는 단계, 상기 제3 절연층 상에 제2 게이트를 형성하는 단계 및 상기 도전층 패턴의 일부를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a first gate having a predetermined thickness, forming a first insulating layer on the first gate, and a first channel layer on the first insulating layer. Forming a second insulating layer covering the conductive layer pattern and the first channel layer on the first insulating layer, and forming a second insulating layer on the first insulating layer. Forming the exposed via holes, filling the via holes with conductive plugs, and forming a second channel layer and a charge storage layer covering the exposed front surface of the conductive plugs on the second insulating layer, and being in contact with each other. Forming a third insulating layer covering the second channel layer and the charge storage layer on the second insulating layer, forming a second gate on the third insulating layer, and forming the conductive layer. Pattern work To provide a method of manufacturing a memory device comprising the step of exposing.
본 발명은 또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 제1 절연층에 소정 깊이의 홈을 형성하는 단계, 상기 홈을 도전층으로 채우는 단계, 상기 도전층의 소정 영역 상에 제1 채널층을 형성하고, 상기 제1 채널층에 인접한 상기 제1 절연층 상에 상기 제1 채널층과 마주하는 제1 게이트를 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 상기 도전층과 상기 제1 채널층과 상기 제1 게이트를 덮는 제2 절연층을 형성하는 단계, 상기 제2 절연층의 상부면을 평탄화하여 상기 제1 채널층을 노출시키는 단계, 상기 제2 절연층의 서로 다른 영역 상에 상기 제1 채널층의 노출된 부분을 덮는 도전층 패턴과 제2 채널층과 전하 저장층을 형성하되, 각각이 서로 접촉되게 형성하는 단계, 상기 제2 절연층 상에 상기 도전층 패턴, 상기 제2 채널층 및 상기 전하 저장층을 덮는 제3 절연층과 제2 게이트를 순차적으로 적층하는 단계, 및 상기 도전층의 일부를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a step of forming a groove having a predetermined depth in the first insulating layer, filling the groove with a conductive layer, and forming a first channel layer on a predetermined region of the conductive layer in order to achieve the above technical problem. And forming a first gate facing the first channel layer on the first insulating layer adjacent to the first channel layer, wherein the conductive layer, the first channel layer, and the first insulating layer are formed on the first insulating layer. Forming a second insulating layer covering a first gate, planarizing an upper surface of the second insulating layer to expose the first channel layer, and forming the first channel on different regions of the second insulating layer Forming a conductive layer pattern covering the exposed portion of the layer, and a second channel layer and a charge storage layer, each of which is in contact with each other, wherein the conductive layer pattern, the second channel layer, and the second insulating layer are formed on the second insulating layer. A third covering the charge storage layer The method comprising sequentially stacking the yeoncheung and a second gate, and provides a process for the production of a memory device comprising the steps of exposing a portion of the conductive layer.
본 발명은 또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 소정 두께의 제1 게이트를 형성하는 단계, 상기 제1 게이트 상에 제1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 도전성의 제1 및 제2 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 패턴사이의 상기 제1 절연층 상에 제1 채널층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층 상에 상기 제1 및 제2 패턴과 상기 제1 채널층을 덮는 제2 절연층을 형성하는 단계, 상기 제2 패턴의 상부면이 노출될 때까지 상기 제2 절연층을 연마하는 단계, 상기 노출된 제2 패턴과 이에 인접한 상기 제2 절연층 상에 각각 제2 채널층과 제2 게이트를 마주하도록 형성하는 단계, 상기 제2 절연층 상에 상기 제2 채널층과 상기 제2 게이트를 덮는 제3 절연층을 형성하는 단계, 상기 제3 절연층의 상부면을 평탄화하여 상기 제2 채널층을 노출시키는 단계, 상기 제3 절연층 상에 상기 제2 채널층의 노출된 면을 덮는 전하 저장층을 형성하는 단계, 상기 제3 절연층 상에 상기 전하 저장층을 덮는 제4 절연층을 형성하는 단계 및 상기 제4 절연층 상에 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조 방법을 제공하나.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a first gate having a predetermined thickness, forming a first insulating layer on the first gate, and forming a conductive first layer on the first insulating layer. And forming a second pattern, forming a first channel layer on the first insulating layer between the first and second patterns, and forming the first and second patterns on the first insulating layer. Forming a second insulating layer covering the first channel layer, polishing the second insulating layer until the top surface of the second pattern is exposed, and the second insulating layer adjacent to the exposed second pattern Forming a second channel layer and a second gate on the layer to face the second channel layer, respectively, forming a third insulating layer on the second insulating layer to cover the second channel layer and the second gate; When the upper surface of the insulating layer is planarized to expose the second channel layer Forming a charge storage layer covering the exposed surface of the second channel layer on the third insulating layer, and forming a fourth insulating layer covering the charge storage layer on the third insulating layer. And forming an electrode layer on the fourth insulating layer.
이러한 제조 방법들에서, 상기 제1 및 제2 채널층 중 적어도 어느 하나는 소정 세기의 전기장 하에서 물성이 도전성에서 절연성으로 혹은 그 반대로 달라지는 상전이층으로 형성할 수 있다. 이때, 상기 상전이층은 바나듐 산화물(VOx)층 또는 니켈 산화물(NiOx) 증으로 형성할 수 있다.In such manufacturing methods, at least one of the first and second channel layers may be formed as a phase change layer in which physical properties vary from conductive to insulating to vice versa under an electric field of a predetermined intensity. In this case, the phase transition layer may be formed of a vanadium oxide (VOx) layer or nickel oxide (NiOx).
또한, 상기 전하 저장층은 금속층 및 폴리 실리콘층 중 어느 하나로 형성할 수 있다.In addition, the charge storage layer may be formed of any one of a metal layer and a polysilicon layer.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 및 제2 채널층과, 이들을 연결하는 도전층과, 상기 제1 채널층에 연결된 패드 도전층과, 상기 제2 채널층에 연결된 전하 저장층과, 상기 제1 채널층의 온 오프를 제어하는 제1 게이트와, 상기 제2 채널층의 온 오프를 제어하고 상기 전하 저장층으로의 전하의 집중과 상기 전하 저장층으로부터의 전하의 방출에 관계하는 제2 게이트를 포함하는 메모리 소자의 동작 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트에 각각 소정의 쓰기 전압을 인가하여 상기 제1 및 제2 채널층의 물성을 도전성으로 바꾸는 제1 단계; 및 상기 전하 저장층에 전하가 유입되도록 상기 전하 저장층과 상기 패드 도전층사이에 소정의 전위차를 유지하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 동작 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a first and second channel layer, a conductive layer connecting them, a pad conductive layer connected to the first channel layer, and a charge storage connected to the second channel layer. Layer, a first gate that controls on and off of the first channel layer, and controls on and off of the second channel layer and concentrates charge on the charge storage layer and release of charge from the charge storage layer. CLAIMS What is claimed is: 1. A method of operating a memory device including an associated second gate, comprising: a first step of applying a predetermined write voltage to the first and second gates, respectively, to convert physical properties of the first and second channel layers to conductive; And a second step of maintaining a predetermined potential difference between the charge storage layer and the pad conductive layer to allow charge to flow into the charge storage layer.
이러한 동작 방법에서, 상기 제2 단계 후, 상기 제1 게이트에 인가되는 전압을 조절하여 상기 제1 채널층의 물성을 절연성으로 바꾸는 제3 단계 및 상기 제2 게이트에 인가되는 전압을 조절하여 상기 제2 채널층의 물성을 절연성으로 바꾸는 제4 단계를 더 포함할 수 있다.In this operation method, after the second step, the third step of changing the physical property of the first channel layer to be insulating by adjusting the voltage applied to the first gate and the second voltage by adjusting the voltage applied to the second gate The method may further include a fourth step of changing the physical properties of the two channel layer to insulation.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 및 제2 채널층과, 이들을 연결하는 도전층과, 상기 제1 채널층에 연결된 패드 도전층과, 상기 제2 채널층에 연결된 전하 저장층과, 상기 제1 채널층의 온 오프를 제어하는 제1 게이트와, 상기 제2 채널층의 온 오프를 제어하고 상기 전하 저장층으로의 전하의 집중과 상기 전하 저장층으로부터의 전하의 방출에 관계하는 제2 게이트를 포함하는 메모리 소자의 동작 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트에 각각 소정의 읽기 전압을 인가하여 상기 제1 및 제2 채널층의 물성을 도전성으로 바꾸는 제1 단계 및 상기 전하 저장층에 저장된 전하가 방출되도록 상기 전하 저장층과 상기 패드 도전층사이에 소정의 전위차를 유지하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 읽기 동작 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a first and second channel layer, a conductive layer connecting them, a pad conductive layer connected to the first channel layer, and a charge storage connected to the second channel layer. Layer, a first gate that controls on and off of the first channel layer, and controls on and off of the second channel layer and concentrates charge on the charge storage layer and release of charge from the charge storage layer. 1. A method of operating a memory device including a second gate, wherein the method comprises: a first step of applying a predetermined read voltage to the first and second gates, respectively, to change physical properties of the first and second channel layers to conductive; And maintaining a predetermined potential difference between the charge storage layer and the pad conductive layer so that the charge stored in the charge storage layer is discharged. It provides.
상기 제2 단계 후, 상기 제1 게이트에 인가되는 전압을 조절하여 상기 제1 채널층의 물성을 절연성으로 바꾸는 제3 단계 및 상기 제2 게이트에 인가되는 전압을 조절하여 상기 제2 채널층의 물성을 절연성으로 바꾸는 제4 단계를 더 포함할 수 있다.After the second step, the third step of changing the physical property of the first channel layer to insulating by adjusting the voltage applied to the first gate and the property of the second channel layer by adjusting the voltage applied to the second gate. It may further comprise a fourth step of changing to an insulating.
또한, 상기 제4 단계 이후에 상기 전하 저장층의 상태를 원 상태로 회복시키기 위한 리프레쉬(refresh) 과정을 더 실시할 수 있다.In addition, a refresh process may be further performed after the fourth step to restore the state of the charge storage layer to its original state.
이러한 본 발명을 이용하면, 데이터 기록에 사용되는 전하, 곧 전자가 터널링을 격지 않기 때문에, 고속으로 데이터를 기록할 수 있고, 기록된 데이터를 고속으로 소거할 수도 있다. 또한, 터널링막이 사용되지 않기 때문에, 터널링막의 열화에 따른 문제점을 고려할 필요가 없다. 또한, 터널링막을 거치지 않고, 직접 전하를 스토리지 노드에 주입하므로, 터널링막을 통과할 때보다 동작 전압을 낮출 수 있고, 전력 소모도 줄일 수 있다.With this invention, since the charges used for data recording, that is, the electrons do not suffer from tunneling, data can be recorded at high speed, and the recorded data can be erased at high speed. In addition, since the tunneling film is not used, there is no need to consider a problem due to deterioration of the tunneling film. In addition, since the charge is directly injected to the storage node without passing through the tunneling film, the operating voltage can be lowered and power consumption can be reduced than when passing through the tunneling film.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 직접 전하 주입형 메모리 소자와 그 제조 및 동작 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, a direct charge injection type memory device and a method of manufacturing and operating the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers or regions illustrated in the drawings are exaggerated for clarity.
먼저, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 직접 전하 주입형 메모리 소자에 대해 설명한다.First, the direct charge injection type memory device according to the first to third embodiments of the present invention will be described.
<제1 실시예><First Embodiment>
도 1을 참조하면, 하부전극(20) 상에 층간 절연층(34) 및 상부전극(32)이 순차적으로 적층되어 있다. 층간 절연층(34)은, 예컨대 실리콘 산화물층일 수 있다. 층간 절연층(34) 내에 제1 및 제2 채널층(22, 28)과, 전하, 예컨대 전자가 저장되 는 전하 저장층(30)이 존재하고, 제1 및 제2 채널층(22, 28)을 연결하는 도전층(26)이 존재하며, 외부 센싱 수단에 연결된 비트라인(미도시)에 연결되는 패드 도전층(24)이 존재한다. 비트 라인 연결을 위해 패드 도전층(24)의 상부면 일부는 층간 절연층(34) 밖으로 노출되어 있다. 층간 절연층(34) 내에서 제1 채널층(22)은 패드 도전층(24)의 일단에 접촉되어 하부층을 형성하고, 제2 채널층(22)은 전하 저장층(30)과 접촉되어 상부층을 형성한다. 상기 하부층과 상부층은 수직으로 이격되어 있다. 제1 및 제2 채널층(22, 28)은 동일한 수직선상에 구비된 것이 바람직하나, 반드시 동일 수직선상에 위치하지 않아도 무방하다. 하부 전극(20)과 상부 전극(32)은 금속 전극 또는 충분한 도전성을 갖도록 불순물이 도핑된 반도체 전극, 예컨대 폴리 실리콘 전극일 수 있다. 그리고 패드 도전층(24)과 제1 및 제2 채널층(22, 28)을 연결하는 도전층(26)은 동일한 금속층, 예를 들면 알루미늄층, 구리층, 실리사이드층 또는 합금층일 일 수 있다. 제1 및 제2 채널층(22, 28)은 각각 하부 및 상부 전극(20, 32)에 인가되는 전압의 정도에 따라 물성이 도전성에서 절연성으로 혹은 그 반대로 변하는 물질층(이하, 상전이층이라 함)인 것이 바람직하다. 결국, 제1 및 제2 채널층(22, 28) 각각의 온 오프는 하부 및 상부전극(20, 32)에 의해 제어되므로, 하부 전극(20)은 제1 채널층(22)을 제어하는 제1 게이트로, 상부 전극(32)은 제2 채널층(28)을 제어하는 제2 게이트로 볼 수 있다. 상부 전극(32)은 전하 저장층(30) 위쪽으로 확장되어 있어, 전하 저장층(30)으로의 전자의 집중 혹은 전하 저장층(30)에 집중된 전자의 방출에도 관여한다. 제1 및 제2 채널층(22, 28)은 모두 동일한 상전이층, 예를 들면 바나듐 산화막(VOx)인 것이 바람직하나, 상전이에 필요한 전압의 범위가 주어진 범위내에서 동일한 서로 다른 상전이층일 수도 있다. 전하 저장층(30)은 제1 및 제2 채널층(22, 28)이 모두 도전성을 갖도록 하부 및 상부 전극(20, 32)에 전압이 인가된 상태에서 패드 도전층(24), 제1 채널층(22), 도전층(26), 제2 채널층(28)을 거쳐 유입되는 전자를 저장하는 물질층으로써, 금속층 또는 폴리 실리콘층일 수 있다. 전하 저장층(30)에 전자가 저장된 후, 적어도 하부 전극(20)에 인가되는 전압을 조절하여 제1 채널층(22)이 절연성을 갖는 경우, 패드 도전층(24)에서 전하 저장층(30)으로 이어지는 전자 흐름 경로는 제1 채널층(22)에서 차단되므로, 전하 저장층(30)에 저장된 전자는 초기 저장된 상태를 그대로 유지하게 된다. 또한, 하부 및 상부 전극(20, 32)에 어떠한 전압이 인가되지 않는 경우에도 제1 및 제2 채널층(22, 28)은 오프 상태, 곧 절연성을 갖게 되므로, 전하 저장층(30)에 저장된 전자는 초기 상태를 그대로 유지하게 된다. 곧, 전원이 제거되더라도 전하 저장층(30)의 상태는 초기 상태를 그대로 유지하게 된다. 다시 말하면, 전하 저장층(30)에 전자가 저장되었을 때를 도 1에 도시한 메모리 소자에 소정의 비트 데이터가 기록된 것으로 간주하면, 상기 메모리 소자에 기록된 상기 소정의 비트 데이터는 상기 메모리 소자에 공급되는 전원이 차단되더라도 휘발되지 않고 그대로 남아있게 된다. Referring to FIG. 1, an
한편, 전하 저장층(30)에 전자를 저장한 후, 제1 및 제2 채널층(22, 28)이 온 상태, 곧 도전성을 갖도록 하부 및 상부 전극(20, 32)에 전압이 인가되면, 상기 전자 흐름 경로 전체는 도전성을 가지므로, 전하 저장층(30)에 저장된 전자는 상기 경로를 따라 흐르게 되고, 이러한 전자의 흐름은 도전성 패드(24)에 연결되는 센싱 수단에 의해 검출된다.On the other hand, after the electrons are stored in the
<제2 실시예>Second Embodiment
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 직접 전하 주입형 메모리 소자는 제1 전극(54)과 함께 다수의 부재들이 포함된 절연층(52)과 절연층(52) 상에 구비된 제2 전극(50)을 포함한다. 절연층(52)은 패드 도전층(40), 제1 및 제2 채널층(42, 46), 제1 및 제2 채널층(42, 46)을 연결하는 도전층(44), 전하 저장층(48)을 포함한다. 패드 도전층(40)의 상부면 일부는 절연층(52) 밖으로 노출되어 있다. 절연층(52)은, 예컨대 실리콘 산화물층일 수 있다. 절연층(52) 내에서 도전층(44), 제2 채널층(46) 및 전하 저장층(48)은 패드 도전층(40)에 대응되는 한 층 혹은 한 라인을 이룬다. 도전층(44), 제2 채널층(46) 및 전하 저장층(48)으로 이루어진 상기 한 층은 패드 도전층(40)으로부터 수직으로 주어진 거리만큼 이격되어 있고, 패드 도전층(40)과 동일한 수직선상에 구비된 것이 바람직하나, 상기 수직선상에 있지 않아도 무방하다. 제1 채널층(42)은 도전층(44), 제2 채널층(46) 및 전하 저장층(48)으로 이루어진 한 층과 패드 도전층(40)사이에서 도전층(44)과 패드 도전층(42)의 일단을 수직으로 연결한다. 이렇게 해서, 패드 도전층(40)과 전하 저장층(48)사이에 제1 채널층(42), 도전층(44), 제2 채널층(46)을 경유하는 전자 흐름 경로가 만들어진다. 제1 전극(54)은 제1 채널층(42)에 근접해서 제1 채널층(42)과 나란히 수직으로 구비되어 있다. 제1 전극(54)은 제1 실시예에 의한 메모리 소자의 하부 전극(20)과 동일한 역할을 한다. 또한, 제2 전극(50)은 제1 실시예에 의한 메모리 소자의 상부전극(32)과 동일한 역할을 한다. 또한, 제1 및 제2 채널층(42, 46)은 각각 제1 실시예에 의한 메모리 소자의 제1 및 제2 채널층(도 1의 22, 28)과 동일한 것이 바람직하다. 전하 저장층(48) 또한 도 1의 도시한 메모리 소자의 전하 저장층(30)과 동일한 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, the direct charge injection type memory device according to the second embodiment of the present invention is provided on the insulating
<제3 실시예>Third Embodiment
도 3을 참조하면, 하부 전극(60) 상에 중간 전극(72)을 포함하는 층간 절연층(76)이 존재하고, 층간 절연층(76) 상에 상부 전극(74)이 존재한다. 층간 절연층(76)은 중간 전극(72)외에 제1 및 제2 채널층(66, 70), 패드 도전층(62), 전하 저장층(68), 제1 및 제2 채널층(66, 70)을 연결하는 도전층(64)을 포함한다. 층간 절연층(76)에서 도전층(64), 제1 채널층(66) 및 패드 도전층(62)은 하부 전극(60) 위쪽에 구비되어 있고, 한 층을 이룬다. 패드 도전층(62)의 상부면 일부는 층간 절연층(76) 밖으로 노출되어 있다. 하부전극(60)은 제1 채널층(66)의 물성을 도전성에서 절연성으로 혹은 그 반대로 변화시키기 위한 것으로, 제1 채널층(66)의 온 오프를 제어하는 제1 게이트 역할을 한다. 그러므로 제1 채널층(66)의 확실한 제어를 위해 제1 채널층(66)과 하부전극(60)사이의 층간 절연층(76) 두께는 얇은 것이 바람직하다. 제1 채널층(66)은 도전층(64)과 패드 도전층(62)사이에 구비되어 있고, 양자와 접촉되어 있다. 전하 저장층(68)은 도전층(64), 제1 채널층(66) 및 패드 도전층(62)으로 이루어진 상기 한 층과 수직으로 이격되어 있고, 상기 한 층과 나란히 구비되어 있다. 제2 채널층(70)은 이러한 전하 저장층(68)과 도전층(64)사이에서 양자를 수직으로 연결하는 위치에 구비되어 있다. 중간 전극(72)은 이러한 제2 채널층(70)에 근접되게 구비되어 있고, 외부에서 인가되는 전압의 정도에 따라 제2 채널층(70)의 물성을 변화시킨다. 곧, 중간 전극(72)은 제2 채널층(70)의 온 오프를 제어하는 제2 게이트 역할을 한다. 하부전극(60), 중간전극(72) 및 상부전극(74)은 모두 동일한 금속전극인 것이 바람직하나, 서로 다른 금속전극일 수 있고, 제1 실시예의 하부 및 상부 전극(20, 32)과 같은 도핑된 반도체층일 수도 있다. 그리고 제1 및 제2 채널층(66, 70)은 도 1의 제1 및 제2 채널층(22, 28)과 동일한 것일 수 있다. 또한, 전하 저장층(68)은 도 1의 전하 저장층(30)과 동일한 것일 수 있다. 패드 도전층(62)도 마찬가지다.Referring to FIG. 3, an
다음에는 상술한 본 발명의 메모리 소자의 제조 방법을 설명한다.Next, a method of manufacturing the memory device of the present invention described above will be described.
도 4를 참조하면, 기판(20) 상에 제1 절연층(34a)을 형성한다. 기판(20)은 도전성 기판으로써, 예컨대 금속 기판으로 형성할 수 있다. 기판(20)은 하부 전극으로 사용된다. 제1 절연층(34a) 상에 제1 도전층(80)을 형성한다. 이어서, 사진 및 현상 공정을 이용하여 제1 도전층(80) 상에 제1 도전층(80)의 이격된 제1 및 제2 영역(A1, A2)이 노출되도록 감광막 패턴(82)을 형성한다. 감광막 패턴(82)을 식각 마스크로 하여 제1 도전층(80)의 노출된 제1 및 제2 영역(A1, A2)을 식각한다. 상기 식각은 제1 절연층(34a)이 노출될 때까지 실시한다. 도 5는 상기 식각 결과를 보여준다. 도 5를 참조하면, 상기 식각에 의해 제1 도전층(80)은 제1 패턴(80a)과 제2 패턴(80b)으로 분리된 것을 볼 수 있다. 상기 식각 후, 감광막 패턴(82)을 제거한다.Referring to FIG. 4, a first insulating
다음, 도 6을 참조하면, 제1 및 제2 패턴(80a, 80b)사이의 제1 절연층(34a) 상에 제1 상전이층(22)을 형성한다. 제1 상전이층(22)은 바나듐 산화물(VOx)층으로 형성하는 것이 바람직하나, 다른 상전이층, 예를 들면 니켈 산화물층 등으로 형성할 수도 있다. 제1 상전이층(22)은 제1 및 제2 패턴(80a, 80b)과 동일한 높이로 형성할 수 있다. 이후, 제1 절연층(34a) 상에 제1 및 제2 패턴(80a, 80b)과 제1 상전이층(22)을 덮는 제2 절연층(34b)을 형성한다. 제2 절연층(34b)은 제1 절연층(34a)과 함께 소정의 절연층, 예컨대 실리콘 산화물층으로 형성할 수 있다. 제2 절연층(34b)을 형성한 후, 사진 및 식각 공정을 이용하여 제2 절연층(34b)에 제2 패턴(80b)이 노출되는 비어홀(84)을 형성한다. 이어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 비어홀(84)에 도전성 플러그(86)를 채운다. 도전성 플러그(86)는 제2 패턴(80b)과 동일한 도전성 물질로 형성하는 것이 바람직하나, 다른 도전성 물질로 형성할 수 있다. 계속해서, 제2 절연층(34b) 상으로 도전성 플러그(86)와 접촉되는, 바람직하게는 도전성 플러그(86)의 노출된 전면을 덮는 제2 도전층(88)을 형성한다. 제2 도전층(88)은 제1 도전층(도 4의 20)과 동일한 도전성 물질로 형성하는 것이 바람직하나, 충분한 도전성을 갖도록 도핑된 반도체 물질층, 예컨대 도핑된 실리콘층으로 형성할 수도 있다. 제2 도전층(88) 상에 제2 도전층(88)의 소정 영역을 한정하는 감광막 패턴(90)을 형성한다. 감광막 패턴(90)은 도전성 플러그(86) 위쪽에 위치하도록 형성한다. 감광막 패턴(90)을 식각 마스크로 하여 제2 도전층(88)의 노출된 부분을 식각한다. 이 결과, 도 8에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴(90) 둘레의 제2 절연층(34b)이 노출되고, 제2 절연층(34b) 상에 도전성 플러그(86)의 노출된 전면을 덮는 제2 도전층 패턴(88a)이 형성된다. 상기 식각 후, 감광막 패턴(90)을 제거한다.Next, referring to FIG. 6, a first
다음, 도 9를 참조하면, 제2 도전층 패턴(88a)을 형성하기 위한 상기 식각에 의해 노출된 제2 절연층(34b) 상에 제2 상전이층(92)과 전하 저장층(94)을 형성한다. 제2 상전이층(92)은 제1 상전이층(22)과 동일한 물질로 형성하는 것이 바람직하나, 다른 상전이 물질층으로 형성할 수도 있다. 제2 상전이층(92)은 제1 상전이층(22)과 대응되는 위치이면서 제2 도전층 패턴(88a)과 접촉되는 위치에 형성할 수 있다. 전하 저장층(94)은 금속층 또는 폴리 실리콘층으로 형성할 수 있다. 전하 저장층(94)은 라인 형태로 형성할 수 있으나, 이와 다른 기하학적 형태, 예컨대 사각형, 원형, 삼각형 등 다양한 형태로 형성할 수 있다. 전하 저장층(94)은 제2 상전이층(92)을 경유하는 전자를 저장한다. 따라서 전하 저장층(94)은 제2 도전층 패턴(88a)과 이격된 위치에 형성하되, 제2 상전이층(94)과 접촉되도록 형성한다. 후속 식각 공정에서 제1 패턴(80a)의 일부가 노출되어야 하므로, 전하 저장층(94)은 이를 감안하여 제1 패턴(80a)보다 짧은 길이로 형성한다. 제2 상전이층(92)과 전하 저장층(94)은 통상의 물질층 적층공정, 평탄화 공정 및 식각 공정을 적용하여 형성할 수 있다. 이때, 제2 상전이층(92)과 전하 저장층(94)은 제2 도전층 패턴(88a)과 같은 높이로 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 9, the second
다음, 도 10을 참조하면, 제2 절연층(34b) 상에 제2 도전층 패턴(88a), 제2 상전이층(92) 및 전하 저장층(94)을 덮는 제3 절연층(34c)을 형성하고, 그 전면을 평탄화 한다. 상기 평탄화를 통해서 제3 절연층(34c)의 제2 도전층 패턴(88a), 제2 상전이층(92) 및 전하 저장층(94) 상에 형성된 부분의 두께를 가능한 얇게 한다. 그러나 제2 도전층 패턴(88a), 제2 상전이층(92) 및 전하 저장층(94)이 노출되지 않게 한다. 평탄화된 제3 절연층(34c) 상에 제3 도전층(32)을 형성한다. 제3 도전 층(32)은 금속층으로 형성하는 것이 바람직하나, 충분한 도전성을 얻을 수 있도록 도핑된 반도체층, 예컨대 도핑된 폴리 실리콘층으로 형성할 수 있다. 제3 도전층(32)은 상부전극으로 사용된다.Next, referring to FIG. 10, a third insulating
다음, 도 11에 도시한 바와 같이, 제3 도전층(32) 상에 감광막 패턴(96)을 형성한다. 감광막 패턴(96)은 제1 패턴(80a)의 일부만을 노출시키기 위한 식각 마스크로 형성한 것이다. 따라서 감광막 패턴(96)은 제2 도전층 패턴(88a), 제2 상전이층(92) 및 전하 저장층(94)을 덮도록 제3 도전층(32) 상에 형성하는 것이 바람직하다.Next, as illustrated in FIG. 11, a
다음, 감광막 패턴(96)을 식각 마스크로 하여 제3 도전층(32)의 노출된 부분과 그 아래의 형성된 제3 절연층(34c)과 제2 절연층(34b)을 순차적으로 제거한다. 이 결과, 도 12에 도시한 바와 같이, Next, the exposed portion of the third
제1 패턴(80a)의 일부가 노출된다. 제1 패턴(80a)의 노출된 부분에 비트라인이 연결된다.A portion of the
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 의한 메모리 소자의 제조 방법은 제1 채널층(도 2의 42)이나 제2 채널층(도 3의 70)과 중간 전극(54, 72)을 형성하는 과정을 제외하고는 상술한 제1 실시예에 의한 메모리 소자의 제조 방법과 크게 다르지 않으므로, 제2 및 제3 실시예에 의한 메모리 소자의 제조 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다. 제2 실시예의 메모리 소자나 제3 실시예의 메모리 소자에서 제1 채널층(42)이나 제2 채널층(70)은 층간 절연층(52 또는 76)에 패드 도전층(40) 혹은 도전층(64)이 노출되는 비어홀을 형성한 다음, 상기 비어홀을 상전이층으로 채워 형성 할 수 있다. 중간 전극(54, 72)도 층간 절연층(52 또는 76)에 소정 깊이로 홈을 형성한 다음, 상기 홈을 도전성 물질로 채워 형성할 수 있다. A method of manufacturing a memory device according to the second and third embodiments of the present invention is to form a first channel layer (42 in FIG. 2) or a second channel layer (70 in FIG. 3) and the intermediate electrode (54, 72) Except for the process, since it is not significantly different from the manufacturing method of the memory device according to the first embodiment described above, a detailed description of the manufacturing method of the memory device according to the second and third embodiments is omitted. In the memory device of the second embodiment or the memory device of the third embodiment, the
다음에는 상술한 본 발명의 메모리 소자의 동작 방법에 대해 설명한다.Next, an operation method of the memory device of the present invention described above will be described.
상술한 제1 내지 제3 실시예에 의한 메모리 소자의 동작 원리는 동일하므로, 제1 실시예에 의한 메모리 소자의 동작 방법을 설명하는 것으로 제2 및 제3 실시예에 의한 메모리 소자의 동작 방법을 대신한다.Since the operating principles of the memory devices according to the first to third embodiments are the same, the operation method of the memory device according to the first embodiment will be described. Instead.
먼저, 본 발명의 메모리 소자의 기본 동작을 살펴본다.First, the basic operation of the memory device of the present invention will be described.
도 13에 도시한 바와 같이, 하부전극(20)에 제1 전압(V1)을 인가하고, 상부전극(32)에 제2 전압(V2)을 인가하였을 때, 제1 및 제2 전압(V1, V2)이 제1 및 제2 채널층(22, 28)의 물성을 절연성에서 도전성으로 변화시키는 문턱 전압 이상이면, 제1 채널층(22)에 제1 도전성 채널(22a)이 형성되고, 제2 채널층(92)에도 제2 도전성 채널(28a)이 형성된다. 이렇게 해서, 전하 저장층(94)에 전자가 저장된 경우, 전자는 제2 채널층(92), 도전층(26), 제1 채널층(22) 및 패드 도전층(24)을 거쳐 패드 도전층(24)으로 흘러, 패드 도전층에 연결된 센싱 수단(미도시)에 검출된다. 반대의 경우, 전자는 외부 소오스에서 패드 도전층(24), 제1 채널층(22), 도전층(26) 및 제2 채널층(28)을 경유하여 전하 저장층(30)에 저장된다.As shown in FIG. 13, when the first voltage V1 is applied to the
그러나 제1 및 제2 전압(V1, V2) 중 적어도 어느 하나, 예컨대 제1 전압(V1)이 제1 채널층(22)의 상전이 전압보다 낮은 전압, 예컨대 0V인 경우, 전하 저장층(30)에서 패드 도전층(24)을 연결하는 전류 흐름 경로는 제1 채널층(22)에서 차단되므로, 전하 저장층(30)으로부터 외부로 전자를 방출시키는 일이나 전하 저장층 (30)에 전자를 저장하는 일이 모두 불가능하게 된다. 곧 전하 저장층(30)은 제1 채널층(22)이 차단되기 직전의 상태를 그대로 유지하게 된다. 도 13에서 참조부호 I는 전하 저장층(30)에서 방출되는 전자의 흐름을 나타낸다.However, when at least one of the first and second voltages V1 and V2, for example, the first voltage V1 is lower than the phase transition voltage of the
<쓰기><Write>
도 14를 참조하면, Referring to Figure 14,
하부전극(20)과 상부전극(32)에 각각 소정의 쓰기 전압, 예컨대 5V를 인가한다. 그리고 패드 도전층(24)은 0V로 유지한다. 이와 같은 전압 조건에서 제1 및 제2 채널층(22, 28)에 각각 제1 및 제2 도전성 채널(22a, 28a)이 형성되고, 전하 저장층(30)과 패드 도전층(24)사이에 전위차가 형성되어 전자는 패드 도전층(24)에서 제1 채널층(22), 도전층(26) 및 제2 채널층(28)을 거쳐 전하 저장층(30)에 저장된다. 참조부호 I1는 전자의 흐름을 나타낸다. 이와 같이 전하 저장층(30)에 전자가 저장되었을 때를 본 발명의 메모리 소자에 비트 데이터 1을 기록한 것으로 간주한다.A predetermined write voltage, for example 5V, is applied to the
전하 저장층(30)에 전자가 저장된 상태에서, 도 15에 도시한 바와 같이, 하부전극(20)에 인가되는 전압을 0V로 유지하면, 제1 채널층(22)의 물성이 도전성에서 절연성으로 변화하여 제1 채널층(22)에서 제1 도전성 채널(22a)이 사라지게 된다. 곧, 제1 채널층(22)은 전체가 절연성이 된다. 이에 따라 전자의 흐름(I1)은 차단된다. 이어서 상부전극(32)에 인가되는 전압도 0V로 유지하면, 전하 저장층(30)에 저장된 전자는 고립되어 저장된 상태 그대로 유지된다. 곧, 본 발명의 메모리 소자에 기록된 비트 데이터 1은 최초 인가된 전압이 사라지더라도 휘발되지 않고, 최초 기록된 상태 그대로 유지된다.In the state where electrons are stored in the
<읽기><Read>
도 16을 참조하면, 본 발명의 메모리 소자의 전하 저장층(30)에 전자가 저장되어 있는, 곧 메모리 소자에 비트 데이터 1이 기록되어 있는 상태에서 하부 전극(20)에 소정의 읽기 전압, 예를 들면 5V를 인가하고, 상부전극(32)에 소정의 읽기 전압, 예컨대 -5V를 인가한다. 그리고 패드 도전층(24)에 0V의 전압을 인가한다.Referring to FIG. 16, a predetermined read voltage, eg, at the
이와 같은 전압 인가 조건에서 제1 및 제2 채널층(22, 28)에 각각 제1 및 제2 도전성 채널(22a, 28a)이 형성되고, 전하 저장층(30)과 패드 도전층(24)사이에 상기 기록 때와 반대 방향의 전위차가 형성된다. 이에 따라 전하 저장층(30)에 저장된 전자들은 제2 채널층(28), 도전층(26), 제1 채널층(22) 및 패드 도전층(24)을 거쳐 외부로 방출된다. 이후, 하부전극(22)에 인가되는 전압을 0V로 유지하면, 전하 저장층(30)은 비어 있는 상태로 유지된다. 이 상태는 본 발명의 메모리 소자에 비트 데이터 0을 기록한 것과 동일하게 된다. 패드 도전층(24)에 연결된 센싱 수단(미도시)은 패드 도전층(24)으로부터 흐르는 기준 값 이상의 전자의 흐름을 인식하게 된다. 이와 같이 전하 저장층(30)으로부터 방출되는 전자의 흐름이 인식되었을 때, 본 발명의 메모리 소자로부터 비트 데이터 1을 읽은 것으로 간주한다. 전자의 흐름이 인식되지 않았을 때, 본 발명의 메모리 소자로부터 비트 데이터 0을 읽은 것으로 간주한다.Under such voltage application conditions, first and second
한편, 본 발명의 메모리 소자로부터 비트 데이터 1을 읽은 경우, 도 16 및 도 17의 비교를 통해서 알 수 있듯이, 전하 저장층(30)은 비어 있게 되는데, 이 상 태는 메모리 소자에 비트 데이터 0이 기록된 것과 같게 된다. 곧, 비트 데이터 1을 읽음으로써, 본 발명의 메모리 소자의 비트 데이터 기록 상태는 달라지므로, 본 발명의 메모리 소자의 기록 상태를 원 상태로 유지하기 위해, 곧 불휘발성 상태로 유지하기 위해서는 비트 데이터 1을 읽은 후에는 도 14를 참조하여 설명한 비트 데이터 1을 기록할 때와 동일한 방법에 따라 리프레쉬(refresh) 과정을 실시한다.On the other hand, when
도 18은 4비트의 데이터를 쓰고 읽을 수 있는 본 발명의 메모리 소자로 구성된 어레이를 보여준다. Figure 18 shows an array of memory elements of the present invention capable of writing and reading four bits of data.
도 18에 도시한 바와 같은 전압 인가 상태에서는 제1 어레이(G1)에 속하는 메모리 소자들의 제1 및 제2 채널층(22, 28)이 온 상태가 되고, 제2 어레이(G2)에 속하는 메모리 소자들의 제1 및 제2 채널층(22, 28)은 오프 상태가 된다. 따라서 제1 내지 제4 비트라인(B1, B2, B3, B4)을 통해서 제1 어레이(G1)에 속하는 메모리 소자들에 기록된 비트 데이터에 대응하는 전류가 흐르게 되고, 제1 내지 제4 비교기(C1, C2, C3, C4)를 통해서 제1 어레이(G1)에 속하는 메모리 소자들에 기록된 데이터는 각각 1, 0, 1, 1인 것을 알 수 있다.In the voltage application state as shown in FIG. 18, the first and second channel layers 22 and 28 of the memory elements belonging to the first array G1 are turned on and the memory elements belonging to the second array G2. First and second channel layers 22, 28 in the off state. Accordingly, currents corresponding to bit data written in the memory elements belonging to the first array G1 flow through the first to fourth bit lines B1, B2, B3, and B4, and the first to fourth comparators ( It can be seen that data written in the memory elements belonging to the first array G1 through C1, C2, C3, and C4 are 1, 0, 1, and 1, respectively.
상기한 설명에서 많은 사항을 구체적으로 기술하였으나, 그러한 기술들은 본발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, While many details have been set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, those skilled in the art to which the present invention belongs,
제1 및 제2 채널층(20 28)을 수평적으로 어긋나게 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 수직으로 적층한 채널층과 기타 부재들을 모두 수평면 상에 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 채널층으로는 인가되는 전압에 따라 물성이 도전성 또는 절연성 으로 변하는 MIT(Metal Insulator Transition) 물질층 대신, 자기적 성질에 따라 전류의 흐름을 차단할 수 있는 물질층이 사용될 수도 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.The first and second channel layers 20 28 may be horizontally offset. In addition, the vertically stacked channel layer and other members may be provided on a horizontal plane. In addition, instead of the MIT (Metal Insulator Transition) material layer in which physical properties change to conductive or insulating properties according to the applied voltage, a material layer capable of blocking the flow of current according to magnetic properties may be used. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.
상술한 바와 같이, 본 발명의 메모리 소자의 경우, 데이터 기록에 사용되는 전하, 곧 전자가 터널링을 격지 않는다. 때문에 고속으로 데이터를 기록하거나 읽을 수 있고, 고속으로 데이터를 소거할 수도 있다. 또한, 터널링막이 사용되지 않기 때문에, 터널링막의 열화에 따른 문제점을 고려할 필요가 없다. 아울러, 터널링막을 거치지 않고 전하를 직접 스토리지 노드에 주입하므로, 터널링막을 통과할 때보다 동작 전압을 낮출 수 있고, 전력 소모도 줄일 수 있다.As described above, in the memory element of the present invention, charges used for data writing, that is, electrons, do not suffer from tunneling. Therefore, data can be written or read at high speed, and data can be erased at high speed. In addition, since the tunneling film is not used, there is no need to consider a problem due to deterioration of the tunneling film. In addition, since charge is directly injected into the storage node without passing through the tunneling layer, the operating voltage can be lowered and power consumption can be reduced than when passing through the tunneling layer.
Claims (31)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040093571A KR20060054511A (en) | 2004-11-16 | 2004-11-16 | Direct charge injection type memory device and its manufacturing and operation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040093571A KR20060054511A (en) | 2004-11-16 | 2004-11-16 | Direct charge injection type memory device and its manufacturing and operation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060054511A true KR20060054511A (en) | 2006-05-22 |
Family
ID=37150851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040093571A Withdrawn KR20060054511A (en) | 2004-11-16 | 2004-11-16 | Direct charge injection type memory device and its manufacturing and operation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20060054511A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100885184B1 (en) * | 2007-01-30 | 2009-02-23 | 삼성전자주식회사 | Memory device having resistance characteristics that can be controlled independently by electric and magnetic fields, and method of operation thereof |
KR101046719B1 (en) * | 2009-05-19 | 2011-07-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | Nonvolatile Memory Cell, Nonvolatile Memory Device and Driving Method thereof |
-
2004
- 2004-11-16 KR KR1020040093571A patent/KR20060054511A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100885184B1 (en) * | 2007-01-30 | 2009-02-23 | 삼성전자주식회사 | Memory device having resistance characteristics that can be controlled independently by electric and magnetic fields, and method of operation thereof |
US7952914B2 (en) | 2007-01-30 | 2011-05-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory devices including multi-bit memory cells having magnetic and resistive memory elements and related methods |
US8174875B2 (en) | 2007-01-30 | 2012-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory devices including multi-bit memory cells having magnetic and resistive memory elements and related methods |
KR101046719B1 (en) * | 2009-05-19 | 2011-07-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | Nonvolatile Memory Cell, Nonvolatile Memory Device and Driving Method thereof |
US8289761B2 (en) | 2009-05-19 | 2012-10-16 | Hynix Semiconductor Inc. | Nonvolatile memory cell, nonvolatile memory device and method for driving the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100492541C (en) | Nonvolatile semiconductor memory and method of operating the same | |
US7915666B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory devices with charge injection corner | |
US7582926B2 (en) | Semiconductor storage device, its manufacturing method and operating method, and portable electronic apparatus | |
CN113314537B (en) | Memory cell and nonvolatile semiconductor storage device | |
US8878281B2 (en) | Methods and apparatus for non-volatile memory cells | |
JP2002217320A (en) | Storage cell structure of nonvolatile flash memory having slit type gate electrode and method of operating the same | |
KR100346021B1 (en) | Nonvolatile semiconductor memory | |
KR100706071B1 (en) | Single bit nonvolatile memory cell and its programming and erasing method | |
US7541637B2 (en) | Non-volatile semiconductor memory element and corresponding production and operation method | |
KR100618877B1 (en) | Multi-bit nonvolatile memory device, its operation method and manufacturing method | |
JP2005530336A (en) | Flash memory cell and manufacturing method thereof | |
JP2007201244A (en) | Semiconductor device | |
JP2002368140A (en) | Non-volatile semiconductor memory device | |
KR20030083589A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and fabrication method thereof | |
KR100426488B1 (en) | Flash memory cell and Method of manufacturing the same and programming/erasing/reading | |
US6573140B1 (en) | Process for making a dual bit memory device with isolated polysilicon floating gates | |
JP2005184029A (en) | Nonvolatile storage element and semiconductor integrated circuit device | |
KR20060054511A (en) | Direct charge injection type memory device and its manufacturing and operation method | |
KR100264965B1 (en) | Non-volatile semiconductor device and method of fabricating thereof | |
KR100399439B1 (en) | Magnetic RAM cell and method for manufacturing the same | |
JP2006253433A (en) | Nonvolatile memory and manufacturing method thereof | |
JP3408531B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and driving method thereof | |
US7733694B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory having a floating gate electrode formed within a trench | |
JP2005184028A (en) | Nonvolatile storage element | |
KR100750195B1 (en) | Noah type nonvolatile memory device, manufacturing method and operating method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20041116 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |