KR100576486B1 - Non-volatile memory device using phase change resistor cell - Google Patents
Non-volatile memory device using phase change resistor cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR100576486B1 KR100576486B1 KR1020040005632A KR20040005632A KR100576486B1 KR 100576486 B1 KR100576486 B1 KR 100576486B1 KR 1020040005632 A KR1020040005632 A KR 1020040005632A KR 20040005632 A KR20040005632 A KR 20040005632A KR 100576486 B1 KR100576486 B1 KR 100576486B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- phase change
- change resistance
- diode switch
- bit line
- memory device
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
- E02D29/02—Retaining or protecting walls
- E02D29/025—Retaining or protecting walls made up of similar modular elements stacked without mortar
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
- E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
- E02B3/12—Revetment of banks, dams, watercourses, or the like, e.g. the sea-floor
- E02B3/129—Polyhedrons, tetrapods or similar bodies, whether or not threaded on strings
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
- E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
- E02B3/12—Revetment of banks, dams, watercourses, or the like, e.g. the sea-floor
- E02B3/14—Preformed blocks or slabs for forming essentially continuous surfaces; Arrangements thereof
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
- E02B3/16—Sealings or joints
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
- E02D17/20—Securing of slopes or inclines
- E02D17/205—Securing of slopes or inclines with modular blocks, e.g. pre-fabricated
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
- E02D29/02—Retaining or protecting walls
- E02D29/0258—Retaining or protecting walls characterised by constructional features
- E02D29/0266—Retaining or protecting walls characterised by constructional features made up of preformed elements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D2200/00—Geometrical or physical properties
- E02D2200/16—Shapes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D2600/00—Miscellaneous
- E02D2600/20—Miscellaneous comprising details of connection between elements
Abstract
본 발명은 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치에 관한 것으로, 저항 기억 소자와 직렬 PN 다이오드 체인을 포함하는 크로스 포인트 셀 어레이를 효율적으로 배치하여 전체적인 메모리의 사이즈를 줄일 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은, 전류값에 따라 저항 상태가 변화되는 불휘발성 저항 기억 소자와 별도의 게이트 제어 신호가 불필요한 직렬 다이오드 스위치로 이루어진 상 변화 저항 셀 어레이를 워드라인 구동부, 센스앰프, 데이타 버스, 메인 앰프, 데이타 버퍼 및 입/출력 포트 등을 포함하는 회로 소자 영역의 상부에 배치하고, 층간 절연막을 기준으로 셀 어레이 영역과 회로 소자 영역을 분리함으로써 전체적인 칩 사이즈를 줄일 수 있도록 한다. The present invention relates to a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell, and discloses a technique for reducing the size of an entire memory by efficiently arranging a cross point cell array including a resistance memory element and a series PN diode chain. . The present invention relates to a phase change resistor cell array including a nonvolatile resistor memory device whose resistance state changes according to a current value and a series diode switch that does not require a separate gate control signal. And the upper portion of the circuit element region including the data buffer and the input / output port, and the like, and the overall chip size can be reduced by separating the cell array region and the circuit element region based on the interlayer insulating film.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래의 상 변화 저항 소자를 설명하기 위한 도면. 1A to 1D are diagrams for explaining a conventional phase change resistance element.
도 2는 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀의 구성도. 2 is a block diagram of a phase change resistance cell according to the present invention;
도 3은 도 2의 상 변화 저항 셀의 단면도. 3 is a cross-sectional view of the phase change resistance cell of FIG. 2.
도 4는 도 3의 직렬 다이오드 스위치에 관한 평면도. 4 is a plan view of the series diode switch of FIG.
도 5는 도 2의 상 변화 저항 셀의 평면도. 5 is a plan view of the phase change resistance cell of FIG.
도 6은 도 2의 직렬 다이오드 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면. 6 is a view for explaining the operation of the series diode switch of FIG.
도 7은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 구성도. 7 is a configuration diagram of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
도 8은 도 7의 상 변화 저항 셀 어레이에 관한 레이아웃도. FIG. 8 is a layout diagram of the phase change resistance cell array of FIG. 7. FIG.
도 9는 도 7의 상 변화 저항 셀 어레이에 관한 상세 회로도. FIG. 9 is a detailed circuit diagram of the phase change resistance cell array of FIG. 7. FIG.
도 10은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 리드 모드시 동작 타이밍도. 10 is a timing diagram of operation in a read mode of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention;
도 11은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의라이트 모드시 동작 타이밍도. 11 is a timing diagram of an operation in the write mode of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention;
도 12는 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 라이트 모드시 상 변화 저항 셀의 온도 특성을 설명하기 위한 도면. 12 is a view for explaining a temperature characteristic of a phase change resistance cell in the write mode of the nonvolatile memory device using the phase change resistance cell according to the present invention;
도 13은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 평면 구성도. 13 is a plan view of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention;
도 14는 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 다른 실시예. 14 is another embodiment of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention;
도 15는 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의단면 구성도. 15 is a cross-sectional configuration diagram of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
도 16은 본 발명의 제 1실시예에 따른 패드 어레이의 평면 구성도. 16 is a plan view of a pad array according to a first embodiment of the present invention.
도 17은 도 16의 실시예에 따른 단면 구성도. 17 is a cross-sectional configuration according to the embodiment of FIG.
도 18은 본 발명의 제 2실시예에 따른 패드 어레이의 평면 구성도. 18 is a plan view showing a pad array according to a second embodiment of the present invention.
도 19는 도 18의 실시예에 따른 단면 구성도. 19 is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 18.
본 발명은 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치에 관한 것으로, 저항 기억 소자와 직렬 다이오드 스위치를 포함하는 크로스 포인트 셀 어레이를 효율적으로 배치하여 전체적인 메모리의 사이즈를 줄일 수 있도록 하는 기술이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 마그네틱 메모리(Magnetic memory) 및 위상 변화 메모리(Phase Change Memory : PCM) 등의 비휘발성 메모리는 휘발성 램(RAM;Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이타가 보존되는 특성을 갖는다. In general, nonvolatile memories such as magnetic memory and phase change memory (PCM) have data processing speeds of about volatile random access memory (RAM) and preserve data even when the power is turned off. Has the property of being.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 소자(4)를 설명하기 위한 도면이다. 1A to 1D are diagrams for explaining a conventional phase change resistor (PCR)
상 변화 저항 소자(4)는 탑(Top)전극(1)과 버텀(Bottom)전극(3) 사이에 위상 변화층(PCM; Phase Change Material;2)을 삽입하여 전압과 전류를 인가하면, 위상 변화층(2)에 고온이 유기되어 저항에 변화에 따른 전기 전도 상태가 변하게 된다. 여기서, 위상 변화층(2)의 재료로는 AglnSbTe가 주로 사용된다. When the phase
즉, 도 1c에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이하의 저전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 결정화가 되기에 적당한 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 결정 상태(Crystalline phase)가 되어 저저항 상태의 물질이 된다. That is, as shown in FIG. 1C, when a low current of less than or equal to a threshold flows through the phase
반면에, 도 1d에서와 같이 상 변화 저항 소자(4)에 임계값 이상의 고전류가 흐르면 위상 변화층(2)이 녹는 점(Melting Point) 이상의 온도가 된다. 이에 따라, 위상 변화층(2)이 비결정 상태가(Amorphous phase) 되어 고저항 상태의 물질이 된다. On the other hand, as shown in FIG. 1D, when a high current of more than a threshold flows through the phase
이와 같이 상 변화 저항 소자(4)는 두 저항의 상태에 대응하는 데이타를 불휘발성으로 저장할 수 있게 된다. 즉, 상 변화 저항 소자(4)가 저저항 상태일 경우를 데이타 "1"이라 하고, 고저항 상태일 경우를 데이타 "0"이라 하면 두 데이타의 로직 상태를 저장할 수 있다. As described above, the phase change
한편, 종래의 메모리 장치는 하나의 스위칭 소자와 데이타를 저장하기 위한 하나의 메모리 소자를 구비하여 이루어진다. 여기서, 종래의 메모리 장치의 스위 칭 소자는 게이트 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 NMOS트랜지스터를 주로 사용한다. Meanwhile, a conventional memory device includes one switching element and one memory element for storing data. Here, the switching element of the conventional memory device mainly uses an NMOS transistor whose switching operation is controlled by a gate control signal.
그런데, 이러한 NMOS트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하여 셀 어레이를 구현할 경우 전체적인 칩 사이즈가 증가하게 되는 문제점이 있다. However, when the cell array is implemented using the NMOS transistor as a switching device, there is a problem in that the overall chip size is increased.
이에 따라, 상술한 바와 같이 불휘발성 특성을 갖는 상 변화 저항 소자와 별도의 게이트 제어 신호가 필요없는 직렬 다이오드 스위치를 이용하여 크로스 포인트 셀을 구현하고, 크로스 포인트 셀과 이를 제어하기 위한 회로 소자 영역을 효율적으로 배치함으로써 전체적인 칩의 사이즈를 줄일 수 있도록 하는 본 발명의 필요성이 대두되었다. Accordingly, as described above, a cross point cell is implemented by using a phase change resistance element having a nonvolatile characteristic and a series diode switch that does not need a separate gate control signal, and a cross point cell and a circuit element region for controlling the same are provided. There is a need for the present invention to efficiently reduce the overall chip size.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다. The present invention has been made to solve the above problems and has the following object.
첫째, 층간 절연막을 기준으로 상부에 상 변화 저항 셀 어레이를 배치하고, 하부에 회로 소자 영역을 배치하여 불휘발성 메모리의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. First, the object of the present invention is to reduce the overall size of the nonvolatile memory by disposing a phase change resistance cell array on the upper side of the interlayer insulating layer and a circuit element region on the lower side.
둘째, 상술된 상 변화 저항 셀 어레이의 상부에 패드 어레이를 효율적으로 배치하여 불휘발성 메모리의 셀 사이즈를 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Second, an object of the present invention is to efficiently reduce a cell size of a nonvolatile memory by efficiently disposing a pad array on top of the above-described phase change resistance cell array.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치는, 로오와 컬럼 방향으로 복수개 배열된 단위 상 변화 저항 셀을 포함하는 복수개의 상 변화 저항 셀 어레이; 복수개의 상 변화 저항 셀 어레이의 하부에 구비된 실리콘 기판에 형성되어 복수개의 상 변화 저항 셀 어레이를 구동 및 증폭 제어하기 위한 회로 소자 영역; 및 복수개의 상 변화 저항 셀 어레이와 회로 소자 영역 사이에 형성되어 복수개의 상 변화 저항 셀 어레이와 회로 소자 영역을 상호 절연시키는 절연층을 구비하고, 단위 상 변화 저항 셀은 워드라인으로부터 인가되는 전류의 크기에 따라 변화되는 결정화 상태를 감지하여 저항의 변화에 대응하는 데이타를 저장하는 상 변화 저항 소자; 및 연속적으로 직렬 연결되어 공통 연결노드가 상 변화 저항 소자의 일단과 연결되는 적어도 두개 이상의 다이오드 스위치를 구비하여, 워드라인과 비트라인에 인가되는 전압의 크기에 따라 선택적으로 스위칭되는 직렬 다이오드 스위치를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.A nonvolatile memory device using a phase change resistance cell of the present invention for achieving the above object comprises: a plurality of phase change resistance cell arrays including a plurality of unit phase change resistance cells arranged in a row and column direction; A circuit element region formed on a silicon substrate provided under the plurality of phase change resistor cell arrays to drive and amplify the plurality of phase change resistor cell arrays; And an insulating layer formed between the plurality of phase change resistor cell arrays and the circuit element regions to insulate the plurality of phase change resistor cell arrays and the circuit element regions from each other. A phase change resistance element which senses a crystallization state that changes according to size and stores data corresponding to a change in resistance; And a series diode switch having at least two diode switches continuously connected in series and having a common connection node connected to one end of a phase change resistance element, wherein the series diode switches are selectively switched according to the magnitude of the voltage applied to the word line and the bit line. It is characterized by.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
삭제delete
도 2는 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 상 변화 저항 셀의 구성도이다. 2 is a configuration diagram of a phase change resistance cell of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
단위 상 변화 저항(PCR : Phase Change Resistor) 셀은 하나의 상 변화 저항 소자 PCR와 하나의 직렬 다이오드 스위치(10)를 구비한다. 여기서, 직렬 다이오드 스위치(10)는 PNPN 다이오드 스위치(11)와 PN 다이오드 스위치(12)를 포함한다. PNPN 다이오드 스위치(11)와 PN 다이오드 스위치(12)는 상 변화 저항 소자 PCR의 버텀전극과 비트라인 BL 사이에 병렬 연결된다. The unit phase change resistor (PCR) cell includes one phase change resistor element PCR and one
PNPN 다이오드 스위치(11)는 상 변화 저항 소자 PCR의 한쪽 전극과 비트라인 BL 사이에 역방향으로 연결되고, PN 다이오드 스위치(12)는 상 변화 저항 소자 PCR의 한쪽 전극과 비트라인 BL 사이에 순방향으로 연결된다. 상 변화 저항 소자 PCR의 다른 한쪽 전극은 워드라인 WL과 연결된다. The
도 3은 도 2의 상 변화 저항 셀의 단면 구성도이다. 3 is a cross-sectional configuration diagram of the phase change resistance cell of FIG. 2.
직렬 다이오드 스위치(10)는 실리콘 기판(30)의 상부에 형성된 절연층(31)과, 절연층(31)의 상부에 실리콘층(32)을 구비하여 SOI(Silicon On Insulator) 구조를 이룬다. 여기서, 실리콘 기판(30)의 상부에 SiO2로 이루어진 절연층(31)이 적층되고, 절연층(31)의 상부에는 실리콘층(32)이 형성된다. 실리콘층(32)은 성장 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 이루어진 PNPN 다이오드 스위치(11)와 PN 다이오드 스위치(12)가 적층되어 직렬 연결된 다이오드 체인을 형성한다. The
PNPN 다이오드 스위치(11)는 P형 영역과 N형 영역이 교번적으로 직렬 연결되며, PN 다이오드 스위치(12)는 PNPN 다이오드 스위치(11)와 인접한 N형 영역에 P형 영역과 N형 영역이 직렬 연결된 구조를 갖는다. The
그리고, PN 다이오드 스위치(12)의 N형 영역과 PNPN 다이오드 스위치(11)의 P형 영역 상부에는 비트라인 콘택노드 BLCN를 통해 비트라인 BL이 형성된다. 또한, PN 다이오드 스위치(12)의 P형 영역과 PNPN 다이오드 스위치(11)의 N형 영역은 공통 콘택노드 CN를 통해 상 변화 저항 소자 PCR의 버텀전극(22)과 연결된다. The bit line BL is formed on the N-type region of the
여기서, 상 변화 저항 소자 PCR는 탑 전극(20), 위상 변화층(PCM; Phase Change Material;21) 및 버텀 전극(22)을 구비한다. 그리고, 상 변화 저항 소자 PCR의 탑 전극(20)은 워드라인 WL과 연결된다. Here, the phase change resistance element PCR includes a
도 4는 도 3의 직렬 다이오드 스위치(10)에 관한 평면도이다. 4 is a plan view of the
직렬 다이오드 스위치(10)는 실리콘층(32)으로 이루어진 PNPN 다이오드 스위치(11)와 PN 다이오드 스위치(12)가 직렬 체인 형태로 연속적으로 연결된다. 즉, 하나의 상 변화 저항 셀은 직렬 연결된 PN 다이오드 스위치(12)와 PNPN 다이오드 스위치(11)를 구비한다. 그리고, 하나의 상 변화 저항 셀과 동일한 방향에 인접한 상 변화 저항 셀은 PN 다이오드 스위치(12), PNPN 다이오드 스위치(11)가 서로 직렬 연결된다. In the
그리고, 직렬 다이오드 스위치(10)는 복수개의 층으로 배열되는데, 상부 직렬 다이오드 스위치(10)와 하부 직렬 다이오드 스위치(10) 각각은 절연층(31)을 통해 분리되어 있다. In addition, the
이에 따라, 직렬 연결된 다이오드 소자 중에서 한개의 PN 다이오드 스위치(12)와 한개의 PNPN 다이오드 스위치(11)를 연속적으로 선택하여 하나의 상 변화 저항 셀 영역을 형성할 수 있도록 한다. Accordingly, one
도 5는 도 2의 상 변화 저항 셀(10)의 평면도이다. FIG. 5 is a plan view of the phase
성장 실리콘이나 폴리 실리콘으로 이루어진 실리콘층(32)은 직렬 연결된 PNPN 다이오드 스위치(11)와 PN 다이오드 스위치(12)를 형성한다. 그리고, 각각의 실리콘층(32)은 절연층(31)을 통해 상부 및 하부가 절연된다. 직렬 다이오드 스위치(10)에서 PN 다이오드 스위치(12)의 P형 영역과 PNPN 다이오드 스위치(11)의 N형 영역은 상 변화 저항 소자 PCR의 콘택노드 CN와 공통으로 연결될 수 있도록 인접하여 형성된다. The
또한, PN 다이오드 스위치(12)의 N형 영역과 PNPN 다이오드 스위치(11)의 P형 영역은 비트라인 콘택노드 BLCN를 통해 비트라인 BL에 연결된다. 비트라인 콘택노드 BLCN는 이웃하는 상 변화 저항 셀의 비트라인 콘택노드 BLCN와 공통 연결된다. 즉, 동일한 비트라인 콘택노드 BLCN는 PNPN 다이오드 스위치(11)의 P형 영역과 이웃하는 셀의 PN 다이오드 스위치(12)의 N형 영역과 공통 연결된다. In addition, the N-type region of the
또한, 상 변화 저항 소자 PCR의 상부에는 워드라인 WL이 형성된다. The word line WL is formed on the phase change resistance element PCR.
도 6은 도 2의 직렬 다이오드 스위치(10)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 6 is a diagram for describing an operation of the
상 변화 저항 소자 PCR을 기준으로 볼때 비트라인 BL의 인가 전압이 양의 방향으로 증가하면, PNPN 다이오드 스위치(11)의 동작 특성에 의해 동작전압 Vo에서는 직렬 다이오드 스위치(10)가 오프 상태를 유지하여 전류가 흐르지 않는다. When the applied voltage of the bit line BL increases in the positive direction based on the phase change resistance element PCR, the
이후에, 비트라인 BL의 인가 전압이 더욱 증가되어 임계전압 Vc가 되면, 다이오드의 순방향 동작 특성에 따라 PNPN 다이오드 스위치(11)가 턴온되어 직렬 다이오드 스위치(10)가 턴온됨으로써 전류가 급격히 증가하게 된다. 이때, 비트라인 BL의 인가전압이 임계전압 Vc 이상이 될 경우 소모되는 전류 I의 값은 비트라인 BL에 연결되어 로드로 작용하는 저항(미도시)의 값에 기인한다. Subsequently, when the applied voltage of the bit line BL is further increased to reach the threshold voltage Vc, the
PNPN 다이오드 스위치(11)가 턴온된 이후에는 비트라인 BL에 아주 작은 전압 Vs만 인가되어도 많은 전류가 흐를 수 있게 된다. 이때, PN 다이오드 스위치(10)는 역방향 동작 특성에 의해 오프 상태를 유지하게 된다. After the
반면에, 상 변화 저항 소자 PCR를 기준으로 볼때 비트라인 BL의 인가 전압이 음의 방향으로 증가하면, 즉, 워드라인 WL에 일정 전압이 인가될 경우, PN 다이오 드 스위치(10)의 순방향 동작 특성에 의해 직렬 다이오드 스위치(10)가 턴온되어 임의의 동작 전압에서 전류가 흐르게 된다. 이때, PNPN 다이오드 스위치(11)는 역방향 동작 특성에 의해 오프 상태를 유지한다. On the other hand, when the applied voltage of the bit line BL increases in the negative direction based on the phase change resistance element PCR, that is, when a constant voltage is applied to the word line WL, the forward operation characteristic of the
도 7은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 구성도이다. 7 is a configuration diagram of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
본 발명은 복수개의 PCR 셀 어레이(40), 복수개의 워드라인 구동부(50), 복수개의 센스앰프(60), 데이타 버스(70), 메인 앰프(80), 데이타 버퍼(90) 및 입/출력 포트(100)를 구비한다.The present invention provides a plurality of
각각의 PCR 셀 어레이(40)는 도 2에서와 같은 구조의 단위 상 변화 저항 셀들이 로오와 컬럼 방향으로 복수개 배열된다. 로오 방향으로 배열된 복수개의 워드라인 WL 들은 워드라인 구동부(50)에 연결된다. 그리고, 컬럼 방향으로 배열된 복수개의 비트라인 BL들은 센스앰프(60)에 연결된다. Each
여기서, 하나의 PCR 셀 어레이(40)는 하나의 워드라인 구동부(50)와 하나의 센스앰프(60)와 대응하여 연결된다. Here, one
그리고, 복수개의 센스앰프(60)는 하나의 데이타 버스(70)를 공유한다. 데이타 버스(70)는 메인 앰프(80)와 연결되며, 메인 앰프(80)는 데이타 버스(70)를 통해 각각의 센스앰프(60)로부터 인가되는 데이타를 증폭한다. The plurality of
데이타 버퍼(90)는 메인앰프(80)로부터 인가되는 증폭된 데이타를 버퍼링하여 출력한다. 입/출력 포트(100)는 데이타 버퍼(90)로부터 인가되는 출력 데이타를 외부로 출력하거나, 외부로부터 인가되는 입력 데이타를 데이타 버퍼(90)에 인 가한다. The
도 8은 도 7의 PCR 셀 어레이(40)에 관한 레이아웃도이다. 8 is a layout diagram of the
PCR 셀 어레이(40)는 복수개의 워드라인 WL이 각각 로오 방향으로 배열되고, 복수개의 비트라인 BL이 각각 컬럼 방향으로 배열된다. 그리고, 워드라인 WL과 비트라인 BL이 교차되는 영역에만 단위 셀 C이 위치하게 되므로 추가적인 면적이 불필요한 크로스 포인트 셀(Cross point cell)을 구현할 수 있도록 한다. In the
여기서, 크로스 포인트 셀이란 별도의 워드라인 WL 게이트 제어 신호를 이용하는 NMOS트랜지스터 소자를 구비하지 않는다. 그리고, 두개의 연결 전극 노드를 구비한 직렬 다이오드 스위치(10)를 이용하여 상 변화 저항 소자 PCR를 비트라인 BL과 워드라인 WL의 교차점에 바로 위치시킬 수 있도록 하는 구조를 말한다. Here, the cross point cell does not include an NMOS transistor device using a separate word line WL gate control signal. In addition, the structure of the phase change resistance device PCR using the
도 9는 도 7의 PCR 셀 어레이(40)에 관한 상세 회로도이다. 9 is a detailed circuit diagram of the
PCR 셀 어레이(40)는 복수개의 워드라인 WL<0>~WL<n>이 각각 로오 방향으로 배열되고, 복수개의 비트라인 BL<0>~BL<m>이 각각 컬럼 방향으로 배열된다. 그리고, 워드라인 WL과 비트라인 BL이 교차되는 영역에만 단위 셀 C이 위치하게 된다. 여기서, 하나의 단위 셀 C은 상 변화 저항 소자 PCR와 직렬 다이오드 스위치(10)를 구비한다. In the
그리고, 각각의 비트라인 BL에는 복수개의 센스앰프(60)가 일대일 대응하여 연결된다. 각각의 센스앰프(60)는 센스앰프 인에이블 신호 SEN의 활성화시 기설정된 기준전압 REF과 비트라인 BL으로부터 인가되는 전압을 비교하여 그 결과를 증폭하게 된다. A plurality of
또한, 비트라인 BL<0>에는 비트라인 풀다운 소자 N1가 연결되고, 비트라인 BL<m>에는 비트라인 풀다운 소자 N2가 연결된다. 이에 따라, 비트라인 풀다운 신호 BLPD의 활성화시 접지전압을 비트라인 BL에 인가하여 비트라인 BL을 그라운드 레벨로 풀다운시킨다. In addition, the bit line pull-down element N1 is connected to the bit line BL <0>, and the bit line pull-down element N2 is connected to the bit line BL <m>. Accordingly, when the bit line pull-down signal BLPD is activated, the ground voltage is applied to the bit line BL to pull down the bit line BL to the ground level.
이러한 구조의 PCR 셀 어레이(40)는 각각의 상 변화 저항 소자 PCR들이 한개의 데이타를 저장할 수 있도록 한다. The
도 10은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 리드 모드시 동작 타이밍도이다. 10 is a timing diagram of an operation in a read mode of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
먼저, t0 구간에서는 비트라인 풀다운 신호 BLPD가 활성화되어 NMOS트랜지스터 N1,N2를 턴온시킴으로써 비트라인 BL이 그라운드 레벨로 프리차지된다. First, in the t0 period, the bit line pull-down signal BLPD is activated to turn on the NMOS transistors N1 and N2, thereby precharging the bit line BL to the ground level.
이어서, t1구간의 진입시 워드라인 WL이 하이로 천이하여 워드라인 WL에 일정 전압이 인가되면, 직렬 다이오드 스위치(10)의 PN다이오드 스위치(12)가 턴온된다. 이에 따라, PCR 셀의 데이타가 비트라인 BL에 전달된다. 이때, 비트라인 풀다운 신호 BLPD는 로우로 천이한다. Subsequently, when the word line WL transitions high when the t1 section enters, and a constant voltage is applied to the word line WL, the
다음에, t2구간에서 센스앰프 인에이블 신호 SEN가 하이로 천이하면 센스앰프(60)가 동작하여 비트라인 BL에 실린 데이타를 증폭한다. 그리고, 컬럼 선택신호 CS가 하이로 천이하면 컬럼 선택 스위칭부(미도시)가 턴온되어 비트라인 BL에 실린 데이타 D,/D가 데이타 버스(70)에 출력되어 PCR 셀 C에 저장된 데이타를 리드할 수 있게 된다. Next, when the sense amplifier enable signal SEN transitions high in the period t2, the
이후에, t3구간의 진입시 워드라인 WL이 로우로 천이하면 비트라인 BL과의 연결이 차단되어 리드 동작을 완료하게 된다. 이때, 직렬 다이오드 스위치(10)의 PN 다이오드 스위치(12)와 PNPN 다이오드 스위치(11)가 모두 턴오프 상태를 유지한다.Subsequently, if the word line WL transitions low during the entry of the t3 section, the connection with the bit line BL is blocked to complete the read operation. At this time, both the
도 11은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 라이트 모드시 동작 타이밍도이다. 11 is a timing diagram of an operation in a write mode of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
본 발명의 라이트 모드시에는 센스앰프 인에이블 신호 SEN가 로우 상태를 유지한다. In the write mode of the present invention, the sense amplifier enable signal SEN is kept low.
먼저, t0 구간에서는 비트라인 풀다운 신호 BLPD가 활성화되어 NMOS트랜지스터 N1,N2를 턴온시킴으로써 비트라인 BL이 그라운드 레벨로 프리차지된다. First, in the t0 period, the bit line pull-down signal BLPD is activated to turn on the NMOS transistors N1 and N2, thereby precharging the bit line BL to the ground level.
이후에, t1 구간의 진입시 비트라인 풀다운 신호 BLPD는 로우로 천이한다. 그리고, 컬럼 선택신호 CS가 하이로 천이하면 컬럼 선택 스위칭부(미도시)가 턴온되어 데이타 버스(70)를 통해 라이트할 새로운 데이타 D,/D가 비트라인 BL에 입력된다. 여기서, 라이트 모드시에 비트라인 BL에 인가된 데이타가 "하이" 또는 "로우"라고 가정한다. Thereafter, the bit line pull-down signal BLPD transitions low when the t1 period is entered. When the column select signal CS transitions high, the column select switching unit (not shown) is turned on so that new data D // D to be written through the
이 상태에서 워드라인 WL의 전압이 임계전압 Vc 이하의 값인 네가티브(Negative) 전압으로 천이한다. 즉, 비트라인 BL의 로우 전압 레벨과 워드라인 WL의 네가티브 전압 레벨의 차이는 직렬 다이오드 스위치(10)의 PNPN 다이오드 스위치(11)를 턴온시키기 위한 임계전압 Vc의 상태에 도달하지 못한다. In this state, the voltage of the word line WL transitions to a negative voltage that is less than or equal to the threshold voltage Vc. That is, the difference between the low voltage level of the bit line BL and the negative voltage level of the word line WL does not reach the state of the threshold voltage Vc for turning on the
하지만, 비트라인 BL의 하이 증폭 전압과 워드라인 WL의 네가티브 전압 차이에 따라 PNPN 다이오드 스위치(11)를 턴온시키기 위한 임계전압 Vc 이상의 전압이 가해지게 된다. 이에 따라, PNPN 다이오드 스위치(11)가 턴온 상태가 되어 상 변화 저항 소자 PCR에 데이타를 라이트할 수 있게 된다. However, according to the difference between the high amplification voltage of the bit line BL and the negative voltage of the word line WL, a voltage higher than or equal to the threshold voltage Vc for turning on the
이때, PNPN 다이오드 스위치(11)가 턴온된 이후에는 도 6의 동작 특성에서 보는 바와 같이 상 변화 저항 소자 PCR에 작은 전압 Vs를 인가하여도 많은 전류 I가 흐를 수 있게 된다. 따라서, t1구간 이후에 워드라인 WL의 전압이 네가티브 전압에서 다시 로우 상태로 상승하여도 전류는 충분히 흐를 수 있게 된다. At this time, after the
이후에, t2~tn 구간 동안에는 비트라인 BL에 인가된 데이타의 패턴에 따라 전압 강하 레벨이 상이하게 나타난다. Thereafter, the voltage drop level is different depending on the pattern of data applied to the bit line BL during the period t2 to tn.
즉, 비트라인 BL에 데이타 하이의 값을 전압 레벨이 인가될 경우에는 t2~tn 구간 동안에 비트라인 BL의 전압 레벨을 단계적으로 떨어지도록 제어한다. 반면에, 비트라인 BL에 데이타 로우의 값을 갖는 전압 레벨이 인가될 경우에는 t2~tn 구간 동안에 비트라인 BL의 전압 레벨을 계속해서 하이 상태로 제어한다.That is, when the voltage level is applied to the bit line BL, the voltage level of the bit line BL is gradually decreased during the period t2 to tn. On the other hand, when the voltage level having the value of the data row is applied to the bit line BL, the voltage level of the bit line BL is continuously controlled during the t2 to tn period.
즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 비트라인 BL에 실린 데이타가 "하이"일 경우 결정화 상태를 유지하는 상 변화 저항 소자 PCR의 멜팅(Melting) 온도를 낮은 온도로 일정하게 유지하기 위하여 비트라인 BL에 인가되는 전압의 레벨을 단계적으로 전압강하시킨다. 이에 따라, t1구간에서는 데이타 "하이"의 온도 특성이 피크치를 나타낸 후 서서히 감소하는 형태이며 저저항 특성을 나타낸다. That is, as shown in FIG. 12, in order to keep the melting temperature of the phase change resistance element PCR that maintains the crystallization state at a low temperature at a low temperature when the data loaded on the bit line BL is "high". The level of the voltage applied to the voltage is dropped step by step. Accordingly, in the t1 section, the temperature characteristic of the data "high" gradually decreases after showing the peak value and shows low resistance characteristics.
여기서, 비트라인 BL에 인가되는 전압의 레벨을 전압강하시키지 않고 일정하게 유지할 경우 상 변화 저항 소자 PCR의 온도가 상승되어 결정화 상태에 있는 상 변화 저항 소자 PCR가 비결정화 상태로 변화된다. 이에 따라, 본 발명에서는 결정 화 온도를 유지하기 위하여 비트라인 BL에 인가되는 전압의 레벨을 단계적으로 전압 강하시킨다. Here, when the level of the voltage applied to the bit line BL is kept constant without dropping in voltage, the temperature of the phase change resistance element PCR is raised to change the phase change resistance element PCR in the crystallization state into an amorphous state. Accordingly, in the present invention, in order to maintain the crystallization temperature, the voltage level applied to the bit line BL is gradually dropped.
반면에, 비트라인 BL에 실린 데이타가 "로우"일 경우 비결정화 상태를 유지하는 상 변화 저항 소자 PCR의 멜팅 온도를 상승시키기 위하여 비트라인 BL에 인가되는 전압의 레벨을 일정하게 유지시킨다. 즉, 멜팅 온도가 높을수록 고저항 특성을 나타내며 비결정화 상태에 있는 상 변화 저항 소자 PCR의 특성이 향상된다. 이에 따라, 비트라인 BL에 일정 전압을 인가시킬 경우 온도가 상승되어 계속해서 비결정화 상태를 유지할 수 있게 된다. On the other hand, when the data loaded on the bit line BL is " low ", the level of the voltage applied to the bit line BL is kept constant in order to increase the melting temperature of the phase change resistance element PCR that maintains the amorphous state. That is, the higher the melting temperature, the higher the resistance characteristics and the characteristics of the phase change resistance element PCR in the amorphous state is improved. As a result, when a constant voltage is applied to the bit line BL, the temperature is increased to continuously maintain the amorphous state.
여기서, 본 발명은 불휘발성 특성을 갖는 상 변화 저항 소자 PCR에 데이타가 저장되므로 재저장을 위한 동작 과정이 필요 없게 된다. In the present invention, since data is stored in a phase change resistance device PCR having a nonvolatile characteristic, an operation process for restoring is unnecessary.
도 13은 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 평면 구성도이다. 13 is a plan view illustrating a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
본 발명은 절연층(31)을 기준으로 볼때 상부에 PCR 셀 어레이(40)가 배치되고, 하부에는 PCR 셀 어레이(40)를 구동하기 위한 워드라인 구동부(50), 비트라인을 구동하기 위한 센스앰프(60), 데이타 버스(70), 메인 앰프(80), 데이타 버퍼(90), 입/출력 포트(100) 및 기타 회로(110)를 포함하는 회로 소자 영역(150)이 배치된다. According to the present invention, the
여기서, 회로 소자 영역(150)은 실리콘 기판(30)에 형성되고, PCR 셀 어레이(40)는 폴리 실리콘이나 성장 실리콘으로 이루어진 실리콘층(32)에 형성된다. 그리고, PCR 셀 어레이(40)와 회로 소자 영역(150)은 절연층(31)을 통해 서로 분리된다. Here, the
이에 따라, 본 발명은 절연층(31)을 기준으로 PCR 셀 어레이(40)와 회로 소자 영역(150)을 서로 다른 층으로 배치함으로써 별도의 확장 영역이 필요없이 셀 사이즈를 줄일 수 있도록 한다. Accordingly, the present invention can reduce the cell size without the need for a separate expansion region by arranging the
도 14는 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 다른 실시예이다. 14 is another embodiment of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
도 14의 실시예는 본 발명의 PCR 셀 어레이(40) 영역이 복수개의 셀 어레이 블럭으로 나누어졌을 경우를 나타낸다. 각각의 셀 어레이 블럭은 셀 어레이 구동에 필요한 워드라인 구동부(50)와, 센스앰프(60) 및 데이타 버스(70)가 별도로 구비된다. 그리고, 메인 앰프(80), 데이타 버퍼(90), 입/출력 포트(100) 및 기타 회로(110)는 서로 다른 셀 어레이 블럭에 분산하여 위치한다. 14 shows the case where the
도 15는 본 발명에 따른 상 변화 저항 셀을 이용한 불휘발성 메모리 장치의 단면 구성도이다. 15 is a cross-sectional configuration diagram of a nonvolatile memory device using a phase change resistance cell according to the present invention.
본 발명은 절연층(31)을 기준으로 볼때 상부에 PCR 셀 어레이(40)가 배치된다. 여기서, PCR 셀 어레이(40)는 직렬 연결된 복수개의 단위 셀 C을 구비한다. 단위 셀 C은 PN 다이오드 스위치(12)와 PNPN 다이오드 스위치(11)를 포함하는 직렬 다이오드 스위치(10)와, 워드라인 WL, 비트라인 BL, 상 변화 저항 소자 PCR를 구비한다. In the present invention, the
그리고, 절연층(31)을 기준으로 볼때 하부의 실리콘기판(30)에는 PCR 셀 어레이(40)를 구동하기 위한 복수개의 회로 소자 영역(150)이 배치된다. In addition, a plurality of
도 16은 본 발명의 제 1실시예에 따른 패드 어레이(160)의 평면 구성도이다. 16 is a plan view illustrating a
도 16의 실시예에서 패드 어레이(160)는 어드레스 핀과 데이타 핀을 구비하여 PCR 셀 어레이(40)로부터 리드/라이트된 데이타를 칩의 외부 제어부와 상호 교환한다. 패드 어레이(160)는 PCR 셀 어레이(40)와 회로 소자 영역(150)과는 별도의 외부 영역에 배치된다. In the embodiment of FIG. 16, the
이러한 본 발명은 패드 어레이(160)에 필요한 메탈 층을 회로 소자 영역(160)에 사용하는 메탈 층과 연결하여 동시에 사용할 수 있도록 한다. 이에 따라, 별도의 패드 어레이(160)를 형성하기 위한 공간이 불필요하게 되어 마스크 층을 줄일 수 있게 된다. The present invention connects the metal layer required for the
도 17은 도 16의 실시예에 따른 본 발명의 단면 구성도이다. 17 is a cross-sectional view of the present invention according to the embodiment of FIG.
도 17의 구성을 살펴보면, 패드 어레이(160)는 PCR 셀 어레이(40)의 하측에 형성되고, 절연층(31)과 동일한 위치에 배치된다. 그리고, 패드 어레이(160)는 회로 소자 영역(150)과 연결되어 동일한 메탈 층을 사용하게 된다. Referring to the configuration of FIG. 17, the
도 18은 본 발명의 제 2실시예에 따른 패드 어레이(160)의 평면 구성도이다.18 is a plan view illustrating a
패드 어레이(160)는 PCR 셀 어레이(40) 및 회로 소자 영역(150)과 동일한 영역에 배치된다. The
이러한 본 발명은 패드 어레이(160)에 필요한 메탈 층을 회로 소자 영역(160)에 사용하는 메탈 층과 연결하여 사용하지 않고 패드 어레이(160)를 위한 별도의 마스크 층을 구비한다. 이에 따라, 패드 어레이(160)를 형성하기 위한 별도의 공간이 불필요하게 되어 칩의 사이즈를 줄일 수 있게 된다. The present invention includes a separate mask layer for the
도 19는 도 18의 실시예에 따른 본 발명의 단면 구성도이다. 19 is a cross-sectional view of the present invention according to the embodiment of FIG. 18.
도 19의 구성을 살펴보면, 패드 어레이(160)는 PCR 셀 어레이(40)의 상측에 형성되어 별도의 메탈 층을 사용하게 된다. Looking at the configuration of Figure 19, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다. As described above, the present invention provides the following effects.
첫째, 상 변화 저항 셀 어레이와 회로 소자 영역을 효율적으로 배치하여 불휘발성 메모리의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있도록 한다. First, the phase change resistor cell array and the circuit element region can be efficiently arranged to reduce the overall size of the nonvolatile memory.
둘째, 상술된 구성에서 패드 어레이를 효율적으로 배치하여 불휘발성 메모리의 셀 사이즈를 줄일 수 있도록 한다.Second, in the above-described configuration, the pad array can be efficiently arranged to reduce the cell size of the nonvolatile memory.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040005632A KR100576486B1 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Non-volatile memory device using phase change resistor cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040005632A KR100576486B1 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Non-volatile memory device using phase change resistor cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20050077940A KR20050077940A (en) | 2005-08-04 |
KR100576486B1 true KR100576486B1 (en) | 2006-05-10 |
Family
ID=37265231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040005632A KR100576486B1 (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Non-volatile memory device using phase change resistor cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100576486B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100688553B1 (en) * | 2005-06-22 | 2007-03-02 | 삼성전자주식회사 | Phase Change Random Access Memory device having reduced core layout size |
KR20100081156A (en) | 2009-01-05 | 2010-07-14 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device having an architecture for reducing area and semiconductor system having the same |
-
2004
- 2004-01-29 KR KR1020040005632A patent/KR100576486B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20050077940A (en) | 2005-08-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100583115B1 (en) | Phase change resistor cell, non-volatile memory device and contol method using the same | |
KR100569549B1 (en) | Phase change resistor cell and non-volatile memory device using the same | |
US7719870B2 (en) | Storage device | |
JP4344327B2 (en) | Nonvolatile memory device using series diode cell | |
JP2005311312A (en) | Nonvolatile ferroelectric vertical electrode cell, nonvolatile ferroelectric memory device utilizing vertical electrode cell, and method of manufacturing vertical electrode cell | |
JP5095918B2 (en) | Memory device using multi-walled nanotube cell | |
KR100569550B1 (en) | Phase change resistor cell and non-volatile memory device using the same | |
KR100694426B1 (en) | Nano tube cell and memory device using the same | |
KR100527550B1 (en) | Multiple-layer phase change resistor cell and non-volatile memory device using the same | |
KR100527537B1 (en) | Serial diode cell and non-volatile memory device using the same | |
KR100546120B1 (en) | Multi-layer series diode cell and nonvolatile memory device using same | |
KR100527556B1 (en) | Non-volatile memory device using serial diode cell | |
KR101010175B1 (en) | Sense amp and phase change memory using the sense amp | |
KR100576486B1 (en) | Non-volatile memory device using phase change resistor cell | |
KR100609527B1 (en) | Phase change resistor cell and non-volatile memory device using the same | |
KR100596885B1 (en) | Serial diode cell and non-volatile memory device using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110325 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |