KR100636927B1 - Float gate memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 플로우트 게이트 메모리 장치는 나노 스케일(Nano scale) 플로우트 게이트 메모리 장치에서 유지(retention) 특성을 향상시키고, 다수의 셀 절연층을 사용하여 다수의 플로우트 게이트 셀 어레이가 수직 방향으로 적층하여 셀 집적 용량을 높이는 기술을 개시한다. 이를 위해, 상부 워드라인 및 하부 워드라인에 인가되는 전위에 따라 비트 라인을 통해 인가된 데이터가 플로우트 게이트에 저장되거나, 플로우트 게이트에 저장된 데이터가 비트 라인으로 출력되는 직렬 연결된 다수의 메모리 셀; 제 1 선택신호의 상태에 따라 비트 라인과 다수의 메모리 셀을 선택적으로 연결하는 제 1 스위칭 소자; 및 제 2 선택신호의 상태에 따라 센싱라인과 복수개의 메모리 셀을 선택적으로 연결하는 제 2 스위칭 소자를 포함하는 다수의 단위 메모리 셀 어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.The float gate memory device of the present invention improves retention characteristics in a nano scale float gate memory device, and a plurality of float gate cell arrays are stacked in a vertical direction using a plurality of cell insulating layers to accumulate cells. Disclosed is a technique for increasing capacity. To this end, according to the potential applied to the upper word line and the lower word line, a plurality of serially connected memory cells in which data applied through the bit line is stored in the float gate, or data stored in the float gate is output to the bit line; A first switching element selectively connecting the bit line and the plurality of memory cells according to the state of the first selection signal; And a plurality of unit memory cell arrays including a second switching element selectively connecting the sensing line and the plurality of memory cells according to the state of the second selection signal.
Description
도 1은 종래기술에 따른 플로우트 게이트(Float gate) 메모리 장치의 메모리 셀의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a memory cell of a float gate memory device according to the prior art.
도 2a는 워드라인과 평행인 방향으로 절단한 단위 메모리 셀의 단면도이다. 2A is a cross-sectional view of a unit memory cell cut in a direction parallel to a word line.
도 2b는 워드라인과 수직인 방향으로 절단한 단위 메모리 셀의 단면도이다. 2B is a cross-sectional view of the unit memory cell cut in a direction perpendicular to the word line.
도 2c는 도 2b에 도시된 단위 메모리 셀을 회로적으로 정의한 회로도이다.FIG. 2C is a circuit diagram in which a unit memory cell illustrated in FIG. 2B is defined in a circuit.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "1"을 읽기 및 쓰기하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are diagrams for describing an operation of reading and writing data " 1 " of the float gate memory device according to the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "0"을 읽기 및 쓰기하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 4A and 4B are diagrams for describing an operation of reading and writing data " 0 " of the float gate memory device according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 단위 메모리 셀 어레이(34)를 나타낸 도면이다. 5 is a diagram illustrating a unit
도 6은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 메모리 셀 어레이 구조를 나타낸다.6 illustrates a memory cell array structure of a float gate memory device according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 쓰기 동작을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a write operation of the float gate memory device according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "1" 쓰기 동작을 나타낸 타이밍도이다. 8 is a timing diagram illustrating a data “1” write operation of the float gate memory device according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "1" 유지 또는 데이터"0" 쓰기 동작을 나타낸 타이밍도이다.9 is a timing diagram illustrating an operation of holding data " 1 " or writing data " 0 " in a float gate memory device according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 메모리 셀에 저장된 데이터를 센싱하는 동작을 나타낸 타이밍도이다.10 is a timing diagram illustrating an operation of sensing data stored in a memory cell of a float gate memory device according to the present invention.
본 발명은 플로우트 게이트(Float gate) 메모리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 스케일(Nano scale) 플로우트 게이트 메모리 장치에서 유지(retention) 특성을 향상시키고, 다수의 셀 절연층을 사용하여 다수의 플로우트 게이트 셀 어레이가 수직 방향으로 적층하여 셀 집적 용량을 높이는 기술이다.BACKGROUND OF THE
도 1은 종래기술에 따른 플로우트 게이트(Float gate) 메모리 장치의 메모리 셀의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a memory cell of a float gate memory device according to the prior art.
플로우트 게이트 메모리 장치의 메모리 셀은 P 형 기판(2) 상에 형성된 N 형 드레인 영역(4)과, N 형 소스 영역(6)을 포함하고, 채널 영역 상부에 순차적으로 형성되는 제 1 절연층(8), 플로우트 게이트(10), 제 2 절연층(12), 및 워드라인(14)을 포함한다.The memory cell of the float gate memory device includes an N-type drain region 4 and an N-
이러한 구성을 갖는 종래의 플로우트 게이트 메모리 장치의 메모리 셀은 플로우트 게이트(10)에 저장된 전하(Carge)의 상태에 의해 메모리 셀의 채널 저항이 달라지게 된다. In the memory cell of the conventional float gate memory device having such a configuration, the channel resistance of the memory cell is changed by the state of the charge (Carge) stored in the
즉, 플로우트 게이트(10)에 전자가 저장되어 있으면 채널에 양(+)의 채널 전하를 유도하므로 메모리 셀은 고 저항 채널 상태가 되어 오프 상태가 된다.In other words, if electrons are stored in the
한편, 플로우트 게이트(10)에 정공이 저장되어 있으면 채널에 음(-)의 채널 전하를 유도하므로 메모리 셀은 저 저항 채널 상태가 되어 온 상태가 된다.On the other hand, when holes are stored in the
이와 같이 플로우트 게이트(10)의 전하 종류를 선택하여 쓰도록 함으로써 비휘발성 메모리 셀로써 동작할 수 있다.As such, the type of charge of the
그러나, 상기한 종래의 플로우트 게이트 메모리 장치의 메모리 셀은 셀 크기가 작아지면(Scale Down) 유지(Retention) 특성 등에 의해 정상적인 동작 구현이 어려워 지는 문제점이 있다.However, the memory cell of the above-described conventional float gate memory device has a problem in that it is difficult to implement normal operation due to a scale down and retention characteristics.
특히, 나노 스케일 레벨(Nano Scale Level)의 플로우트 게이트 구조의 메모리 셀은 유지 특성이 저전압 스트레스에서도 약하게(Weak) 되어 읽기 동작시에 워드라인에 임의의 전압을 인가하는 방법을 적용할 수 없는 문제점이 있다.In particular, the nano gate-level float gate structure memory cells are weak in low voltage stress, and thus, a method of applying an arbitrary voltage to a word line during a read operation cannot be applied. have.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 나노 스케일 레벨의 차지 트랩 인슐레이터 구조의 메모리 셀이 저전압에서 동작이 가능하게 하는 것이다.An object of the present invention to solve the above problems is to enable the memory cell of the nanoscale level charge trap insulator structure to operate at a low voltage.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 다수의 셀 절연층을 사용하여 다수의 차지 트랩 인슐레이터 셀 어레이가 수직 방향으로 적층하여 셀 집적 용량을 높이는 것이다.Another object of the present invention for solving the above problems is to increase the cell integration capacity by stacking a plurality of charge trap insulator cell array in a vertical direction using a plurality of cell insulating layers.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플로우트 게이트 메모리 장치는 상부 워드라인 및 하부 워드라인에 인가되는 전위에 따라 비트 라인을 통해 인가된 데이터가 플로우트 게이트에 저장되거나, 상기 플로우트 게이트에 저장된 데이터가 상기 비트 라인으로 출력되는 직렬 연결된 다수의 메모리 셀; 제 1 선택신호의 상태에 따라 비트 라인과 상기 다수의 메모리 셀 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 제 1 스위칭 소자; 및 제 2 선택신호의 상태에 따라 센싱라인과 상기 다수의 메모리 셀 중 다른 어느 하나를 선택적으로 연결하는 제 2 스위칭 소자를 포함하는데, 상기 다수의 메모리 셀은 상기 하부 워드라인 상부에 형성된 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 상부에 형성되어 상기 플로우트 게이트의 극성에 따라 저항이 변하는 P 형 플로우트 채널; 상기 P 형 플로우트 채널 양측에 형성된 N 형 드레인 영역 및 N 형 소스 영역; 상기 P 형 플로우트 채널 상부에 형성된 제 2 절연층; 상기 제 2 절연층 상부에 형성된 상기 플로우트 게이트; 및 상기 플로우트 게이트 상부 및 상기 상부 워드라인 하부에 형성된 제 3 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the float gate memory device of the present invention for achieving the above object, the data applied through the bit line is stored in the float gate according to the potential applied to the upper word line and the lower word line, or the data stored in the float gate is A plurality of serially connected memory cells output as bit lines; A first switching element selectively connecting any one of a bit line and the plurality of memory cells according to a state of a first selection signal; And a second switching element configured to selectively connect one of a sensing line and another one of the plurality of memory cells according to a state of a second selection signal, wherein the plurality of memory cells have a first insulation formed on the lower word line. layer; A P-type float channel formed on the first insulating layer and having a resistance changed according to the polarity of the float gate; An N-type drain region and an N-type source region formed on both sides of the P-type float channel; A second insulating layer formed on the P-type float channel; The float gate formed on the second insulating layer; And a third insulating layer formed above the float gate and below the upper word line.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플로우트 게이트 메모리 장치는 횡 방향으로 배열되고, 서로 평행한 다수의 상부 워드라인 및 다수의 하부 워드라인; 종 방향으로 배열된 다수의 비트 라인; 상기 다수의 비트 라인과 수직 방향으로 배열된 다수의 센싱 라인; 상기 다수의 상부 워드라인 및 상기 다수의 하부 워드라인과 상기 다수의 비트 라인이 교차하는 영역에 배치되는 다수의 메모리 셀 어레이; 및 상기 다수의 비트 라인과 일대일 대응하여 상기 비트 라인에 실린 데이터를 센싱 및 증폭하는 다수의 센스 앰프를 포함하는 플로우트 게이트 메모리 장치에 있어서, 상기 다수의 메모리 셀 어레이 각각은 상부 워드라인 및 하부 워드라인에 인가되는 전위에 따라 비트 라인을 통해 인가된 데이터가 플로우트 게이트에 저장되거나, 상기 플로우트 게이트에 저장된 데이터가 상기 비트 라인으로 출력되는 직렬 연결된 다수의 메모리 셀; 제 1 선택신호의 상태에 따라 비트 라인과 상기 다수의 메모리 셀 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 제 1 스위칭 소자; 및 제 2 선택신호의 상태에 따라 센싱라인과 상기 복수개의 메모리 셀 중 다른 어느 하나를 선택적으로 연결하는 제 2 스위칭 소자를 포함하는데, 상기 다수의 메모리 셀은 상기 하부 워드라인 상부에 형성된 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층 상부에 형성되어 상기 플로우트 게이트의 극성에 따라 저항이 변하는 P 형 플로우트 채널; 상기 P 형 플로우트 채널 양측에 형성된 N 형 드레인 영역 및 N 형 소스 영역; 상기 P 형 플로우트 채널 상부에 형성된 제 2 절연층; 상기 제 2 절연층 상부에 형성된 상기 플로우트 게이트; 및 상기 플로우트 게이트 상부 및 상기 상부 워드라인 하부에 형성된 제 3 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the float gate memory device of the present invention for achieving the above object is a plurality of upper word lines and a plurality of lower word lines arranged in the horizontal direction and parallel to each other; A plurality of bit lines arranged in the longitudinal direction; A plurality of sensing lines arranged in a vertical direction with the plurality of bit lines; A plurality of memory cell arrays disposed in an area where the plurality of upper word lines and the plurality of lower word lines and the plurality of bit lines cross each other; And a plurality of sense amplifiers for sensing and amplifying data on the bit lines in a one-to-one correspondence with the plurality of bit lines, wherein each of the plurality of memory cell arrays comprises an upper word line and a lower word line. A plurality of serially connected memory cells in which data applied through a bit line is stored in a float gate according to a potential applied to the float gate, or data stored in the float gate is output to the bit line; A first switching element selectively connecting any one of a bit line and the plurality of memory cells according to a state of a first selection signal; And a second switching element configured to selectively connect one of a sensing line and another one of the plurality of memory cells according to a state of a second selection signal, wherein the plurality of memory cells have a first insulation formed on the lower word line. layer; A P-type float channel formed on the first insulating layer and having a resistance changed according to the polarity of the float gate; An N-type drain region and an N-type source region formed on both sides of the P-type float channel; A second insulating layer formed on the P-type float channel; The float gate formed on the second insulating layer; And a third insulating layer formed above the float gate and below the upper word line.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.The above and other objects and features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a는 워드라인과 평행인 방향으로 절단한 단위 메모리 셀의 단면도이다. 2A is a cross-sectional view of a unit memory cell cut in a direction parallel to a word line.
먼저, 하부(Bottom) 워드라인(16)이 최하부층에 형성되고, 상부 워드라인 (18)이 최상부층에 형성된다. 하부 워드라인(16)과 상부 워드라인은 서로 평행하게 배치된다. First, a
하부 워드라인(10)의 상부에는 제 1 절연층(20), 플로우트 채널(22), 제 2 절연층(24), 플로우트 게이트(26), 및 제 3 절연층(28)이 순차적으로 형성된다. 여기서, 플로우트 채널(22)은 P 형 반도체를 사용하여 형성한다. The first
도 2b는 워드라인과 수직인 방향으로 절단한 단위 메모리 셀의 단면도이다. 2B is a cross-sectional view of the unit memory cell cut in a direction perpendicular to the word line.
먼저, 하부(Bottom) 워드라인(16)이 최하부층에 형성되고, 상부 워드라인(18)이 최상부층에 형성된다. 하부 워드라인(16)과 상부 워드라인은 서로 평행하게 배치된다. First, a
하부 워드라인(10)의 상부에는 제 1 절연층(20), 플로우트 채널(22), 제 2 절연층(24), 플로우트 게이트(26), 및 제 3 절연층(28)이 순차적으로 형성된다. 여기서, 플로우트 채널(22)의 양측에 N 형 드레인(30) 및 N 형 소스(32)가 형성된다.The first
또한, 플로우트 채널(22), N 형 드레인(30) 및 N 형 소스(32)는 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube) 형태가 되거나, 실리콘(Silicon), 게르마늄(Ge) 등 기타 재료로 형성될 수 있다.In addition, the
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 단위 메모리 셀은 플로우트 게이트(26)에 저장된 전하의 상태에 따라 메모리 셀의 채널 저항이 변한다. In the unit memory cell of the float gate memory device according to the present invention formed as described above, the channel resistance of the memory cell changes according to the state of charge stored in the
즉, 플로우트 게이트(26)에 전자가 저장되어 있으면, 메모리 셀의 채널에 양(+)의 채널 전하를 유도하므로 메모리 셀은 고 저항 채널 상태로써 오프 상태가 된 다.That is, if electrons are stored in the
한편, 플로우트 게이트(26)에 정공이 저장되어 있으면 채널에 음(-)의 전하를 유도하므로 메모리 셀은 저 저항 채널 상태로써 온 상태가 된다.On the other hand, if holes are stored in the
이와 같이 플로우트 게이트(26)의 전하 종류를 선택하여 쓰도록 함으로써 비휘발성 메모리 셀로써 동작할 수 있다.In this manner, the type of charge of the
이러한 구성을 갖는 본 발명의 단위 메모리 셀은 도 2c에 도시된 심볼과 같이 표현하고자 한다. The unit memory cell of the present invention having such a configuration is intended to be represented as a symbol shown in FIG. 2C.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "1"을 쓰기 및 읽기 하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are diagrams for describing an operation of writing and reading data “1” of the float gate memory device according to the present invention.
먼저, 도 3a는 데이터 "1"의 쓰기 동작을 나타낸 개념도이다.First, FIG. 3A is a conceptual diagram illustrating a write operation of data "1".
하부 워드라인(16)에 양의 전압 +V을 인가하고, 상부 워드라인(18)에 음의 전압 -V을 인가한다. 이때, 드레인 영역(30)과 소스 영역(32)은 접지 전압 GND 상태가 되도록 한다. A positive voltage + V is applied to the
이러한 경우 제 1 절연층(20), 제 2 절연층(24) 및 제 3 절연층(28) 사이의 캐패시터의 전압 분배에 의해 플로우트 게이트(26)와 채널 영역(22) 사이에 전압이 가해지면, 플로우트 게이트(26)에 양의 전하가 축적되기 위해 전자가 채널 영여으로 방출된다. 따라서, 플로우트 게이트(26)는 양의 전하가 축적된 상태가 된다.In this case, when voltage is applied between the
한편, 도 3b는 데이터 "1"의 읽기 동작을 나타낸 개념도이다.3B is a conceptual diagram illustrating a read operation of data "1".
하부 워드라인(16)과 상부 워드라인(18)에 접지 전압 GND을 인가하면, 채널 영역(22)에 음의 전하가 유도되고, 드레인 영역(30)과 소스 영역(32)은 그라운드 상태이기 때문에 채널 영역(22)은 온 상태가 된다. When the ground voltage GND is applied to the
이에 따라, 읽기 동작 모드 시 메모리 셀에 저장된 데이타 "1"을 읽을 수 있게 된다. 이때, 드레인 영역(30)과 소스 영역(32)에 약간의 전압차를 주면 채널 영역(22)이 온 상태이므로 많은 전류가 흐르게 된다. Accordingly, data “1” stored in the memory cell can be read in the read operation mode. At this time, when a slight voltage difference is applied to the
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "0"을 읽기 및 쓰기 하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 4A and 4B are diagrams for describing an operation of reading and writing data " 0 " of the float gate memory device according to the present invention.
먼저, 도 4a는 데이터 "0"의 쓰기 동작을 나타낸 개념도이다.First, FIG. 4A is a conceptual diagram illustrating a write operation of data "0".
드레인 영역(30) 및 소스 영역(32)에 접지 전압 GND을 인가하고, 하부 워드라인(16) 및 상부 워드라인(18)에 양의 전압 +V을 인가하면, 채널이 온 상태가 되어 채널에 접지 전압의 채널이 형성된다.When the ground voltage GND is applied to the
채널의 접지 전압과 상부 워드라인(18)의 양의 전압 +V 사이에 높은 전압이 형성되므로 채널 영역의 전자가 플로우트 게이트(26)로 이동하여 프로트 게이트(26)에 전자가 축적된다.Since a high voltage is formed between the ground voltage of the channel and the positive voltage + V of the
한편, 플로우트 게이트(26)에 데이터 "1"가 저장된 상태에서 드레인 영역(30) 및 소스 영역(32)에 양의 전압 +V을 인가하면 채널이 오프 상태가 되어 채널에 접지전압의 채널이 형성되지 못한다.On the other hand, if a positive voltage + V is applied to the
채널의 플로우팅 상태의 양의 전압과 상부 워드라인(18)의 양의 전압 +V 사이에 전압자가 없으므로 플로우트 게이트(26)로 전자의 이동이 발생하지 않는다. Since there is no voltage between the positive voltage of the floating state of the channel and the positive voltage + V of the
따라서, 플로우트 게이트(26)는 이전 상태를 유지한다. 즉, 이전에 저장된 데이터 "1"을 유지하기 때문에, 모든 메모리 셀에 데이터 "1"을 쓰고 선택적으로 데이터 "0"을 쓸 수 있다.Thus,
도 4b는 데이터 "0"의 읽기 동작을 나타낸 개념도이다.4B is a conceptual diagram illustrating a read operation of data "0".
하부 워드라인(16) 및 상부 워드라인(18)에 접지 전압 GND을 인가하고, 드레인 영역(30) 및 소스 영역(32) 사이에 약간의 전압차를 주면 채널이 오프되어 있으므로 적은 오프 전류가 흐른다.When the ground voltage GND is applied to the
따라서, 상기와 같은 읽기 모드에서는 하부 워드라인(16) 및 상부 워드라인(18)을 접지전압으로 하여 플로우트 게이트에 전압 스트레스가 가해지지 않아 메모리 셀의 유지 특성이 향상된다.Accordingly, in the read mode as described above, voltage stress is not applied to the float gate using the
도 5는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 단위 메모리 셀 어레이(34)를 나타낸 도면이다. 5 is a diagram illustrating a unit
단위 메모리 셀 어레이(34)는 다수의 메모리 셀 Q1~Qm 및 스위칭 소자 N1, N2를 포함한다. 여기서, 다수의 메모리 셀 Q1~Qm은 직렬 연결되고, 제 1 스위칭 소자 N1는 게이트 단자에 제 1 선택신호 SEL_1가 인가되어 비트라인 BL과 메모리 셀 Q1을 선택적으로 연결하고, 제 2 스위칭 소자 N2는 게이트 단자에 제 2 선택신호 SEL_2가 인가되어 센싱라인 S/L과 메모리 셀 Qm을 선택적으로 연결한다.The unit
복수개의 메모리 셀 Q1~Qm은 스위칭 소자 N1, N2 사이에 직렬 연결되어 동일한 로우 어드레스 디코더에 의해 구동되는 상부 워드라인 WL_1~WL_m과 하부 워드라인 BWL_1~BWL_m에 의해 선택적으로 스위칭 동작한다. 여기서, 메모리 셀 Q1~Qm 각각의 상세 구성은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같다. The plurality of memory cells Q1 to Qm are selectively connected by the upper word lines WL_1 to WL_m and the lower word lines BWL_1 to BWL_m that are connected in series between the switching elements N1 and N2 and driven by the same row address decoder. The detailed configuration of each of the memory cells Q1 to Qm is as shown in FIGS. 2A and 2B.
도 6은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 메모리 셀 어레이 구 조를 나타낸다. 6 shows a memory cell array structure of a float gate memory device according to the present invention.
플로우트 게이트 메모리 장치는 도 5에 도시된 다수의 단위 메모리 셀 어레이(34)를 포함하고, 종(Column) 방향으로 다수의 비트 라인 BL_1~BL_n에 공통 연결되고, 횡(Row) 방향으로 다수의 상부 워드라인 WL_1~WL_m, 하부 워드라인 BWL_1~BWL_m, 제 1 선택신호 SEL_11~SEL_1n, 제 2 선택신호 SEL_21~SEL_2n 및 센싱 라인 S/L_1~S/L_n에 공통 연결된다. 여기서, 다수의 비트 라인 BL_1~BL_n은 다수의 센스앰프(36)와 일대일 대응하여 접속된다.The float gate memory device includes a plurality of unit
도 7은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 쓰기 동작을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a write operation of the float gate memory device according to the present invention.
본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 쓰기 동작 사이클은 두 개의 서브 동작 영역으로 구분할 수 있다. 즉, 첫번째 서브 동작 영역에서는 데이터 "1"을 쓰고, 두 번째 서브 동작 영역에서는 첫 번째 서브 동작 영역에서 써진 데이터 "1"을 보존하거나 데이터 "0"을 쓴다. The write operation cycle of the float gate memory device according to the present invention may be divided into two sub-operation regions. That is, data "1" is written in the first sub-operation area, and data "1" written in the first sub-operation area is stored or data "0" is written in the second sub-operation area.
만약, 데이타 "1"을 보존하고자 할 경우 일정 구간 동안 비트 라인 BL에 하이 전압을 인가하면, 첫번째 서브 동작 영역에서 써진 데이터 "1"의 값이 메모리 셀에 보존 된다. If a high voltage is applied to the bit line BL for a predetermined period when the data "1" is to be preserved, the value of the data "1" written in the first sub-operation area is stored in the memory cell.
도 8은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "1" 쓰기 동작을 나타낸 타이밍도이다. 여기서는, 도 6에 도시된 첫 번째 단위 메모리 셀 어레이(34)의 첫 번째 메모리 셀 Q1이 선택되는 경우를 예를 들어 설명한다. 8 is a timing diagram illustrating a data “1” write operation of the float gate memory device according to the present invention. Here, an example in which the first memory cell Q1 of the first unit
먼저, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로, 모든 신호 및 라인이 접지 전압 VSS으로 프리차지 된다.First, the t0 section is a precharge section of the memory cell, and all signals and lines are precharged to the ground voltage VSS.
t1 구간에서 제 1 선택신호 SEL_1 및 제 2 선택신호 SEL_2가 하이 레벨로 천이하여 스위칭 소자 N1, N2가 턴 온 되면, 비트 라인 BL_1과 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결되고, 센싱라인 S/L과 메모리 셀 Qm의 드레인 단자가 연결된다. 이때, 다수의 상부 워드라인 WL_1~WL_m, 다수의 하부 워드라인 BWL_1~BWL_m, 비트 라인 BL_1, 및 센싱라인 S/L_1은 로우 레벨 상태를 유지한다. When the first select signal SEL_1 and the second select signal SEL_2 transition to a high level in the period t1 and the switching elements N1 and N2 are turned on, the bit line BL_1 and the source terminal of the memory cell Q1 are connected, and the sensing line S / L The drain terminal of the memory cell Qm is connected. In this case, the plurality of upper word lines WL_1 to WL_m, the plurality of lower word lines BWL_1 to BWL_m, the bit line BL_1, and the sensing line S / L_1 maintain a low level state.
t2 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1과 연결된 하부 워드라인 BWL_1을 제외한 나머지 다수의 하부 워드라인 BWL_2~BWL_m들이 하이 레벨로 천이한다. 이에 따라, 선택된 메모리 셀 Q1을 제외한 다수의 메모리 셀들 Q2~Qm이 모두 턴 온 되어 선택된 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 접지 전압 VSS에 접속된다. A plurality of lower word lines BWL_2 to BWL_m, except for the lower word line BWL_1 connected to the selected memory cell Q1, transition to a high level in a period t2. Accordingly, all of the plurality of memory cells Q2 to Qm except the selected memory cell Q1 are turned on so that the source terminal of the selected memory cell Q1 is connected to the ground voltage VSS.
t3 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1과 연결된 워드라인 WL_1에 음의 전압 VNEG을 인가하고, t4 구간에서 하부 워드라인 BWL_1을 하이 레벨로 천이시키면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상부 워드라인 WL_1과 하부 워드라인 BWL_1의 전압 분배에 의해 플로우트 게이트(26)에서 전자가 빠져 나가 데이터 "1"을 쓸 수 있다.When the negative voltage VNEG is applied to the word line WL_1 connected to the selected memory cell Q1 in the t3 period, and the lower word line BWL_1 transitions to the high level in the t4 period, as illustrated in FIG. 3A, the upper word line WL_1 and the lower word are shown. By the voltage distribution of the line BWL_1, electrons can escape from the
t5 구간에서 상부 워드라인 WL_1과 하부 워드라인 BWL_1이 다시 접지 전압 VSS으로 천이되고, t6 구간에서 나머지 다수의 하부 워드라인 BWL_2~BWL_m이 접지 전압 VSS으로 천이되어 선택된 메모리 셀 Q1 이외의 나머지 메모리 셀 Q2~Qm이 턴 오프 된다.The upper word line WL_1 and the lower word line BWL_1 transition to the ground voltage VSS again in the period t5, and the remaining plurality of lower word lines BWL_2 to BWL_m transition to the ground voltage VSS in the period t6, so that the remaining memory cells Q2 other than the selected memory cell Q1 ~ Qm is turned off.
t7 구간에서 제 1 선택신호 SEL_1 및 제 2 선택신호 SEL_2가 로우 레벨로 천이되어 스위칭 소자 N1, N2가 턴 오프 되어 쓰기 동작을 완료한다. The first selection signal SEL_1 and the second selection signal SEL_2 are transitioned to the low level in the period t7, so that the switching elements N1 and N2 are turned off to complete the write operation.
도 9는 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 데이터 "1" 유지 또는 데이터"0" 쓰기 동작을 나타낸 타이밍도이다. 여기서는, 도 6에 도시된 첫 번째 단위 메모리 셀 어레이(34)의 첫 번째 메모리 셀 Q1이 선택되는 경우를 예를 들어 설명한다. 9 is a timing diagram illustrating an operation of holding data " 1 " or writing data " 0 " in a float gate memory device according to the present invention. Here, an example in which the first memory cell Q1 of the first unit
먼저, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로, 모든 신호 및 라인이 접지 전압 VSS으로 프리차지 된다.First, the t0 section is a precharge section of the memory cell, and all signals and lines are precharged to the ground voltage VSS.
t1 구간에서 제 1 선택신호 SEL_1가 하이 레벨로 천이하면, 제 1 스위칭 소자 N1가 턴 온 되어 비트 라인 BL_1과 선택된 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결된다. When the first select signal SEL_1 transitions to a high level in a period t1, the first switching device N1 is turned on to connect the bit line BL_1 to the source terminal of the selected memory cell Q1.
이때, 제 2 선택신호 SEL_2, 다수의 상부 워드라인 WL_1~WL_m, 다수의 하부 워드라인 BWL_1~BWL_m, 비트 라인 BL_1, 및 센싱라인 S/L_1은 로우 레벨 상태를 유지한다. In this case, the second selection signal SEL_2, the plurality of upper word lines WL_1 to WL_m, the plurality of lower word lines BWL_1 to BWL_m, the bit lines BL_1, and the sensing line S / L_1 maintain a low level state.
t2 구간에서 모든 하부 워드라인들 BWL_1~BWL_m이 하이 레벨로 천이한다. 이에 따라, 모든 메모리 셀들 Q1~Qm이 모두 턴 온 되어 하부 워드라인 BWL_1~BWL_m을 통해 비트 라인 BL과 연결되어 비트 라인 BL에 인가된 데이터가 모든 메모리 셀들 Q1~Qm에 전달 될 수 있다.In the period t2, all of the lower word lines BWL_1 to BWL_m transition to a high level. Accordingly, all of the memory cells Q1 to Qm are all turned on, connected to the bit line BL through the lower word lines BWL_1 to BWL_m, and data applied to the bit line BL may be transferred to all the memory cells Q1 to Qm.
t3 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1에 쓸 데이터가 "0"일 경우 비트라인 BL_1은 계속해서 접지 전압 VSS 상태를 유지하고, 선택된 메모리 셀 Q1에 저장된 데이터 "1"을 유지하고자 할 경우 비트라인 BL_1은 하이 레벨로 천이한다. If the data to be written to the selected memory cell Q1 is "0" in the period t3, the bit line BL_1 continues to maintain the ground voltage VSS state, and if it is desired to maintain the data "1" stored in the selected memory cell Q1, the bit line BL_1 is high. Transition to level.
이어서, t4 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1이 연결된 상부 워드라인 WL_1이 하이 레벨로 천이하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상부 워드라인 WL_1에 의해 선택된 메모리 셀 Q1의 P형 채널 영역(22)에 전자가 쌓이게 된다. 따라서, 상부 워드라인 WL_1에 양의 전압이 인가되어 임계 전압차가 발생하면 플로우트 게이트(26)에 채널 전자가 유입된다. 이에 따라, 선택된 메모리 셀 Q1에 데이터 "0"을 쓸 수 있다. Subsequently, when the upper word line WL_1 to which the selected memory cell Q1 is connected in the period t4 transitions to a high level, as shown in FIG. 4A, electrons are transferred to the P-
한편, 선택된 메모리 셀 Q1에 저장된 데이터 "1"을 그대로 유지하고자 할 경우 비트 라인 BL_1에 하이 레벨 전압을 인가하여 선택된 메모리 셀 Q1에 비트 라인 BL_1의 전압이 인가되도록 한다. 이에 따라, 채널 영역(22)에 전자가 형성되는 것을 방지함으로써 데이터 "1"을 보존할 수 있다. On the other hand, when the data "1" stored in the selected memory cell Q1 is to be kept as it is, a high level voltage is applied to the bit line BL_1 so that the voltage of the bit line BL_1 is applied to the selected memory cell Q1. Accordingly, data "1" can be preserved by preventing electrons from being formed in the
t5 구간에서 상부 워드라인 WL_1이 다시 접지 전압 VSS 상태로 천이되고, t6 구간에서 모든 하부 워드라인 BWL_1~BWL_m과 비트 라인 BL_1이 접지 전압 VSS 상태로 천이되어 모든 메모리 셀 Q1~Qm이 턴 오프 된다.The upper word line WL_1 transitions to the ground voltage VSS again in the period t5, and all the lower word lines BWL_1 to BWL_m and the bit line BL_1 transition to the ground voltage VSS in the period t6, thereby turning off all the memory cells Q1 to Qm.
t7 구간에서 선택신호 SEL_1가 로우 레벨로 천이되면 스위칭 소자 N1가 턴 오프 되어 쓰기 동작을 완료한다.When the selection signal SEL_1 transitions to the low level in the t7 period, the switching element N1 is turned off to complete the write operation.
도 10은 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치의 메모리 셀에 저장된 데이터를 센싱하는 동작을 나타낸 타이밍도이다. 여기서는, 도 6에 도시된 첫 번째 단위 메모리 셀 어레이(34)의 첫 번째 메모리 셀 Q1이 선택되는 경우를 예를 들어 설명한다. 10 is a timing diagram illustrating an operation of sensing data stored in a memory cell of a float gate memory device according to the present invention. Here, an example in which the first memory cell Q1 of the first unit
먼저, t0 구간은 메모리 셀의 프리차지 구간으로, 모든 신호 및 라인이 접지 전압 VSS으로 프리차지 된다.First, the t0 section is a precharge section of the memory cell, and all signals and lines are precharged to the ground voltage VSS.
t1 구간에서 제 1 선택신호 SEL_1 및 제 2 선택신호 SEL_2가 하이 레벨로 천이하여 스위칭 소자 N1, N2가 턴 온 되면, 비트 라인 BL_1과 선택된 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 연결되고, 센싱라인 S/L과 메모리 셀 Qm의 드레인 단자가 연결된다. 이때, 다수의 상부 워드라인 WL_1~WL_m, 다수의 하부 워드라인 BWL_1~BWL_m, 비트 라인 BL_1, 및 센싱라인 S/L_1은 로우 레벨 상태를 유지한다. When the first selection signal SEL_1 and the second selection signal SEL_2 transition to a high level in the t1 period and the switching elements N1 and N2 are turned on, the bit line BL_1 and the source terminal of the selected memory cell Q1 are connected, and the sensing line S / L And the drain terminal of the memory cell Qm are connected. In this case, the plurality of upper word lines WL_1 to WL_m, the plurality of lower word lines BWL_1 to BWL_m, the bit line BL_1, and the sensing line S / L_1 maintain a low level state.
t2 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1과 연결된 하부 워드라인 BWL_1을 제외한 나머지 다수의 하부 워드라인 BWL_2~BWL_m들이 하이 레벨로 천이한다. 이에 따라, 선택된 메모리 셀 Q1을 제외한 다수의 메모리 셀들 Q2~Qm이 모두 턴 온 되어 선택된 메모리 셀 Q1의 소스 단자가 접지 전압 VSS에 접속된다. A plurality of lower word lines BWL_2 to BWL_m, except for the lower word line BWL_1 connected to the selected memory cell Q1, transition to a high level in a period t2. Accordingly, all of the plurality of memory cells Q2 to Qm except the selected memory cell Q1 are turned on so that the source terminal of the selected memory cell Q1 is connected to the ground voltage VSS.
이때, 모든 워드라인들 WL_1~WL_m이 접지 전압 VSS 상태를 유지하여, 선택된 메모리 셀 Q1에 형성된 극성에 따라 비트 라인 BL_1과 센싱라인 S/L 간의 전류의 흐름이 결정된다. At this time, all of the word lines WL_1 to WL_m maintain the ground voltage VSS state, so that the current flows between the bit line BL_1 and the sensing line S / L according to the polarity formed in the selected memory cell Q1.
t3 구간에서 센스 앰프 인에이블 신호 S/A가 하이 레벨이 되어 센스앰프(36)가 동작하여 센싱 전압 VS이 비트라인 BL_1에 인가될 경우 선택된 메모리 셀 Q1에 저장된 극성의 상태에 따라 비트라인 BL_1의 전류 흐름이 결정된다. When the sense amplifier enable signal S / A becomes high level in the period t3 and the
즉, 도 3b에 도시된 바와 같이, 비트라인 BL_1에 전류가 인가되지 않을 경우 선택된 메모리 셀 Q1에 데이터 "1"이 저장되어 있음을 알 수 있다. That is, as shown in FIG. 3B, when no current is applied to the bit line BL_1, it can be seen that data “1” is stored in the selected memory cell Q1.
반면에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 비트라인 BL_1에 일정값 이상의 전류가 인가되면 선택된 메모리 셀 Q1에 데이터 "0"이 저장되어 있음을 알 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 4B, it can be seen that when a current of a predetermined value or more is applied to the bit line BL_1, data “0” is stored in the selected memory cell Q1.
t4 구간에서 센스앰프 인에이블 신호 S/A가 접지 전압 VSS이 되어 센스앰프 (36)의 동작이 중지되면 비트라인 BL_1이 로우 레벨로 천이하여 센싱 동작을 완료한다. When the sense amplifier enable signal S / A becomes the ground voltage VSS in the period t4 and the operation of the
t5 구간에서 선택된 메모리 셀 Q1이 연결된 하부 워드라인 BWL_1을 제외한 다수의 하부 워드라인들 BWL_2~BWL_m이 로우 레벨로 천이하여 모든 메모리 셀 Q1~Qm이 턴 오프 된다.In the t5 period, the plurality of lower word lines BWL_2 to BWL_m except the lower word line BWL_1 to which the selected memory cell Q1 is connected transition to a low level, thereby turning off all the memory cells Q1 to Qm.
t6 구간에서 제 1 선택신호 SEL_1 및 제 2 SEL_2가 로우 레벨로 천이되어 스위칭 소자 N1, N2가 턴 오프 된다. In the period t6, the first selection signals SEL_1 and the second SEL_2 transition to a low level, and the switching elements N1 and N2 are turned off.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 NDRO(Non Destructive Read Out) 방식을 사용하여 읽기 동작시 셀의 데이타가 파괴되지 않는다. As described above, according to the present invention, data of a cell is not destroyed during a read operation using a non-destructive read out (NDRO) method.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치는 나노 스케일 레벨의 플로우트 게이트를 이용한 메모리 셀 구조에서 스케일 다운(Scale Down) 현상을 극복할 수 있는 효과가 있다.As described above, the float gate memory device according to the present invention has an effect of overcoming a scale down phenomenon in a memory cell structure using a nano gate-level float gate.
또한, 본 발명에 따른 플로우트 게이트 메모리 장치는 다수의 셀 절연층을 이용하여 다수의 플로우트 게이트 셀 어레이를 단면 방향으로 적층하여 셀의 집적 용량을 셀 어레이의 적층 수만큼 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the float gate memory device according to the present invention has an effect of stacking a plurality of float gate cell arrays in a cross-sectional direction by using a plurality of cell insulating layers to increase the integrated capacity of a cell by the number of stacks of the cell array.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
Claims (18)
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