KR100673116B1 - Non-volatile ferroelectric memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 셀 단면도. 1 is a cross-sectional view of a cell of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the prior art.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 셀 단면도. 2A and 2B are cell cross-sectional views of a nonvolatile ferroelectric memory device in accordance with the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 하이 데이타 라이트/리드 동작을 설명하기 위한 도면. 3A to 3C are diagrams for explaining a high data write / read operation of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention;
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 로우 데이타 라이트/리드 동작을 설명하기 위한 도면. 4A to 4C are diagrams for explaining a low data write / read operation of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 레이아웃 단면도. 5 is a layout cross-sectional view of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention;
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단면도. 6A and 6B are cross-sectional views of a nonvolatile ferroelectric memory device in accordance with the present invention.
도 7은 다층 구조를 갖는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단면도. 7 is a cross-sectional view of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention having a multilayer structure.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 다른 실시예. 8A and 8B illustrate another embodiment of a nonvolatile ferroelectric memory device in accordance with the present invention.
본 발명은 불휘발성 강유전체 메모리 장치에 관한 것으로, 나노 스케일(Nano scale) 메모리 장치에서 강유전체의 분극 상태에 따라 메모리 셀의 채널 저항이 달라지는 특성을 이용하여 불휘발성 메모리 셀의 리드/라이트 동작을 제어하는 기술이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 불휘발성 강유전체 메모리 즉, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)은 디램(DRAM;Dynamic Random Access Memory) 정도의 데이터 처리 속도를 갖고, 전원의 오프시에도 데이타가 보존되는 특성 때문에 차세대 기억 소자로 주목받고 있다. In general, the nonvolatile ferroelectric memory, or ferroelectric random access memory (FeRAM), has a data processing speed of about DRAM (DRAM) and is attracting attention as a next-generation memory device due to its characteristic that data is preserved even when the power is turned off. have.
이러한 FeRAM은 디램과 거의 유사한 구조를 갖는 기억소자로써 캐패시터의 재료로 강유전체를 사용하여 강유전체의 특성인 높은 잔류 분극을 이용한 것이다. 이와 같은 잔류 분극 특성으로 인하여 전계를 제거하더라도 데이터가 지워지지 않는다. The FeRAM is a memory device having a structure almost similar to that of a DRAM, and uses a ferroelectric material as a capacitor material to utilize high residual polarization characteristic of the ferroelectric material. Due to this residual polarization characteristic, data is not erased even when the electric field is removed.
상술된 FeRAM에 관한 기술내용은 본 발명과 동일 발명자에 의해 출원된 대한민국 특허 출원 제 2001-57275호에 개시된 바 있다. 따라서, FeRAM에 관한 기본적인 구성 및 그 동작에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다. Description of the above-described FeRAM has been disclosed in Korean Patent Application No. 2001-57275 filed by the same inventor as the present invention. Therefore, a detailed description of the basic configuration of the FeRAM and its operation will be omitted.
이러한 종래의 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단위 셀은, 워드라인의 상태에 따라 스위칭 동작하여 서브 비트라인과 불휘발성 강유전체 캐패시터를 연결시키는 하나의 스위칭 소자와, 스위칭 소자의 일단과 플레이트 라인 사이에 연결된 하나의 불휘발성 강유전체 캐패시터를 구비하여 이루어진다.The unit cell of the conventional nonvolatile ferroelectric memory device includes one switching element connecting a sub bit line and a nonvolatile ferroelectric capacitor by switching according to a state of a word line, and one connected between one end of the switching element and a plate line. Of nonvolatile ferroelectric capacitors.
여기서, 종래의 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 스위칭 소자는 게이트 제 어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 NMOS트랜지스터를 주로 사용한다.Here, the switching element of the conventional nonvolatile ferroelectric memory device mainly uses an NMOS transistor whose switching operation is controlled by a gate control signal.
도 1은 종래기술에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 셀 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a cell of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the prior art.
종래의 1-T(One-Transistor) FET(Field Effect Transistor)형 셀은 P형영역 기판(1) 상에 N형 드레인영역(2)과 N형 소스영역(3)이 형성된다. 그리고, 채널 영역의 상부에 절연층(Insulation Oxide;4)이 형성되고, 절연층(4)의 상부에 강유전체층(Ferroelectric layer;5)이 형성되며, 강유전체층(5)의 상부에 워드라인(6)이 형성된다. In a conventional 1-T (FET) field effect transistor (FET) type cell, an N-
이러한 구성을 갖는 종래의 불휘발성 강유전체 메모리 장치는 강유전체층(5)의 분극(Polarization) 상태에 따라 메모리 셀의 채널 저항이 달리지는 특성을 이용하여 데이타를 리드/라이트 한다. 즉, 강유전체층(5)의 극성이 채널에 양(+)의 전하를 유도할 경우 메모리 셀은 고저항 상태가 되어 오프된다. 반대로, 강유전체층(4)의 극성이 채널에 음(-)의 전하를 유도할 경우 메모리 셀은 저저항 상태가 되어 턴온된다. A conventional nonvolatile ferroelectric memory device having such a configuration reads / writes data using a characteristic in which channel resistance of a memory cell varies depending on a polarization state of the
하지만, 이러한 종래의 불휘발성 강유전체 메모리 장치는, 셀 사이즈가 작아질 경우 데이타 유지 특성이 저하되어 정상적인 셀의 동작이 어렵게 된다. 즉, 셀의 리드 동작시 인접한 셀에 전압이 가해지게 되어 데이타가 파괴됨으로써 셀 간에 인터페이스 노이즈가 발생하게 된다. 또한, 셀의 라이트 동작시 비선택된 셀에 라이트 전압이 인가되어 비선택된 셀들의 데이타가 파괴됨으로써 랜덤한 엑세스(Random Access) 동작이 어렵게 되는 문제점이 있다. However, in such a conventional nonvolatile ferroelectric memory device, when the cell size becomes small, the data retention characteristic is deteriorated, which makes normal cell operation difficult. In other words, when a cell read operation, voltage is applied to an adjacent cell, and data is destroyed, thereby causing interface noise between cells. In addition, since a write voltage is applied to an unselected cell during the write operation of the cell, data of the unselected cells is destroyed, thereby making it difficult to perform a random access operation.
또한, 도 1에서와 같은 종래의 MFIS(Metal Ferroelectric Insulator Silicon), MFMIS(Metal Ferroelectric Metal Insulator Silicon)의 경우 감극(Depolarization) 전하에 의해 데이타 보존(Retention) 특성이 현격히 열화하게 되는 문제점이 있다. In addition, in the case of the conventional metal ferroelectric insulator silicon (MFIS) and the metal ferroelectric metal insulator silicon (MFMIS) as shown in FIG.
즉, 강유전체층(5)과 실리콘 채널영역 사이에 절연옥사이드가 존재하게 될 경우 강유전체층(5)과 절연층(4) 사이에 감극(Depolarization) 전하가 축적되어 MFIS의 보존 특성에 열화를 초래하게 된다. 마찬가지로, 강유전체층(5)과 채널영역 사이에 메탈 절연층이 존재할 경우 강유전체층(5)과 메탈 사이에 감극 전하가 축적되어 MFMIS의 보존 특성이 열화된다. That is, when an insulating oxide is present between the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다음과 같은 목적을 갖는다. The present invention has been made to solve the above problems, and has the following object.
첫째, 워드라인과 버텀 워드라인 사이에 P형 드레인영역, P형 채널영역 및 P형 소스영역으로 이루어진 플로팅 채널층을 형성하여 메모리 셀의 리드/라이트 동작을 제어함으로써 셀의 신뢰성을 향상시킴과 동시에 셀의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.First, a floating channel layer including a P-type drain region, a P-type channel region, and a P-type source region is formed between the word line and the bottom word line to control the read / write operation of the memory cell, thereby improving cell reliability. The purpose is to reduce the overall size of the cell.
둘째, 강유전체층과 채널영역 사이에 터널 옥사이드층을 형성함으로써 강유전체층의 불순물이 채널 영역으로 확산되는 것을 방지하고 강유전체층의 보존 특성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. Second, a tunnel oxide layer is formed between the ferroelectric layer and the channel region to prevent impurities from the ferroelectric layer from diffusing into the channel region and to improve the storage characteristics of the ferroelectric layer.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불휘발성 강유전체 메모리 장치는, 버텀 워드라인의 상부에 형성된 절연층; 절연층의 상부에 형성되어 플로팅 상태를 유지하는 P형 채널영역과, 채널영역의 양측에 연결된 P형 드레인 영역 및 P형 소스 영역을 구비하는 플로팅 채널층; 플로팅 채널층의 상부에 형성된 터널 옥사이드층; 터널 옥사이드층의 상부에 형성되어 데이타가 저장되는 강유전체층; 및 강유전체층의 상부에 버텀 워드라인과 평행하게 형성된 워드라인을 구비하고, 강유전체층의 극성 상태에 따라 채널영역에 서로 다른 채널 저항을 유도하여 데이타를 리드/라이트 제어함을 특징으로 한다. Nonvolatile ferroelectric memory device of the present invention for achieving the above object, the insulating layer formed on the upper word line; A floating channel layer formed on the insulating layer to maintain a floating state and a P-type drain region and a P-type source region connected to both sides of the channel region; A tunnel oxide layer formed on top of the floating channel layer; A ferroelectric layer formed on the tunnel oxide layer to store data; And a word line formed in parallel with the bottom word line on the ferroelectric layer, and inducing different channel resistances in the channel region according to the polarity of the ferroelectric layer to read / write the data.
그리고, 본 발명은 복수개의 버텀 워드라인; 복수개의 버텀 워드라인의 상부에 형성된 절연층; 복수개의 절연층의 상부에 형성되어 복수개의 P형 채널 영역과, 복수개의 P형 채널 영역과 교번적으로 직렬 연결된 복수개의 P형 드레인 및 소스영역을 구비하는 플로팅 채널층; 플로팅 채널층의 상부에 형성된 터널 옥사이드층; 터널 옥사이드층의 상부에 형성된 강유전체층; 및 강유전체층 상부에 복수개의 버텀 워드라인과 각각 평행하게 형성된 복수개의 워드라인을 구비하는 단위 셀 어레이를 구비하고, 단위 셀 어레이는 강유전체층의 극성 상태에 따라 복수개의 P형 채널영역에 서로 다른 채널 저항을 유도하여 복수개의 데이타를 리드/라이트 제어함을 특징으로 한다. In addition, the present invention includes a plurality of bottom word lines; An insulation layer formed on the plurality of bottom word lines; A floating channel layer formed on the plurality of insulating layers and having a plurality of P-type channel regions and a plurality of P-type drain and source regions alternately connected in series with the plurality of P-type channel regions; A tunnel oxide layer formed on top of the floating channel layer; A ferroelectric layer formed on the tunnel oxide layer; And a unit cell array having a plurality of word lines formed in parallel with a plurality of bottom word lines, respectively, on the ferroelectric layer, wherein the unit cell array has different channels in a plurality of P-type channel regions according to polarity of the ferroelectric layer. Inductive resistance is characterized in that the read / write control of a plurality of data.
또한, 본 발명은 버텀 워드라인의 상부에 형성된 절연층; 절연층의 상부에 형성되어 플로팅 상태를 유지하는 N형 채널영역과, 채널영역의 양측에 연결된 N형 드레인 영역 및 N형 소스 영역을 구비하는 플로팅 채널층; 플로팅 채널층의 상부에 형성된 터널 옥사이드층; 터널 옥사이드층의 상부에 형성되어 데이타가 저장되는 강유전체층; 및 강유전체층의 상부에 버텀 워드라인과 평행하게 형성된 워드라인을 구비하고, 강유전체층의 극성 상태에 따라 채널영역에 서로 다른 채널 저항을 유도하여 데이타를 리드/라이트 제어함을 특징으로 한다. In addition, the present invention is an insulating layer formed on the bottom word line; A floating channel layer formed on the insulating layer to maintain a floating state, and a floating channel layer including an N-type drain region and an N-type source region connected to both sides of the channel region; A tunnel oxide layer formed on top of the floating channel layer; A ferroelectric layer formed on the tunnel oxide layer to store data; And a word line formed in parallel with the bottom word line on the ferroelectric layer, and inducing different channel resistances in the channel region according to the polarity of the ferroelectric layer to read / write the data.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단위 셀 단면도이다. 2A and 2B are cross-sectional views of unit cells of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
도 2a는 워드라인과 평행인 방향에서 본 단위 셀의 단면도이다. 2A is a cross-sectional view of a unit cell viewed in a direction parallel to a word line.
먼저, 최하부층에 형성된 버텀(Bottom) 워드라인(10)과 최상부층에 형성된 워드라인(18)은 평행하게 배치된다. 여기서, 버텀 워드라인(10)과 워드라인(18)은 동일한 로오 어드레스 디코더(미도시)에 의해 선택적으로 구동된다. 그리고, 버텀 워드라인(10)의 상부에는 절연층(Oxide layer;11)이 형성되고, 절연층(11)의 상부에는 P형 채널영역(12)으로 이루어진 플로팅 채널층(Floating Channel layer;15)이 형성된다. First, the
또한, 플로팅 채널층(15)의 상부에는 터널 옥사이드층(Tunnel Oxide Layer;16)이 형성된다. 그리고, 터널 옥사이드층(16)의 상부에는 강유전체층(Ferroelectric layer;17)이 형성되고, 강유전체층(17)의 상부에는 워드라인(18)이 형성된다. 여기서, 버텀 워드라인(10), 절연층(11), 플로팅 채널층(15), 터널 옥사이드층(16), 강유전체층(17) 및 워드라인(18)은 모두 동일한 길이로 형성된다. In addition, a
도 2b는 워드라인과 수직인 방향에서 본 단위 셀의 단면도이다. 2B is a cross-sectional view of the unit cell viewed in a direction perpendicular to the word line.
먼저, 버텀 워드라인(10)의 상부에 연장된 길이를 갖는 절연층(11)이 형성된다. 그리고, 절연층(11)의 상부에는 플로팅 채널층(Floating Channel layer;15)이 형성된다. 여기서, 플로팅 채널층(15)의 드레인영역(13)과 소스영역(14)은 P형으로 이루어지고, 채널 영역(12)은 P형으로 이루어져 플로팅 상태가 된다. 플로팅 채널층(15)의 반도체는 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube), 실리콘, Ge(게르마늄) 또는 유기(Organic) 반도체 등의 재료가 이용될 수 있다. First, an
또한, 플로팅 채널층(15)의 P형 채널영역(12), 드레인영역(13) 및 소스영역(14)의 상부에는 터널 옥사이드층(16)이 형성된다. 그리고, 터널 옥사이드층(16)의 상부에는 강유전체층(17)이 형성되고, 강유전체층(17)의 상부에는 워드라인(18)이 형성된다. 여기서, 절연층(11), 플로팅 채널층(15), 터널 옥사이드층(16) 및 강유전체층(17)은 모두 동일한 길이로 형성된다. In addition, a
이러한 구성을 갖는 본 발명은 강유전체층(17)의 분극(Polarization) 상태에 따라 플로팅 채널층(15)의 채널 저항이 달리지는 특성을 이용하여 데이타를 리드/라이트 한다. 즉, 강유전체층(17)의 극성이 채널영역(12)에 양(+)의 전하를 유도할 경우 메모리 셀은 저저항 상태가 되어 채널이 턴온된다. 반대로, 강유전체층(17)의 극성이 채널영역(12)에 음(-)의 전하를 유도할 경우 메모리 셀은 고저항 상태가 되어 채널이 오프된다. The present invention having such a configuration reads and writes data using the characteristic that the channel resistance of the
도 3a 및 도 3c는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 하이 데이타 라이트/리드 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3C are diagrams for describing a high data write / read operation of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
먼저, 도 3a를 보면, 데이타 "1"의 라이트 동작 모드시 버텀 워드라인(10)에 그라운드 전압 <GND> 또는 음의전압<-V>을 인가하고, 워드라인(17)에 음의 전압인 <-V>를 인가한다. 이때, 드레인영역(13)과 소스영역(14)은 그라운드 전압 <GND> 상태가 되도록 한다. First, referring to FIG. 3A, the ground voltage <GND> or the negative voltage <-V> is applied to the
이러한 경우 강유전체층(17)과 절연층(11) 사이의 캐패시터의 전압 분배에 의해, 강유전체층(17)과 플로팅 채널층(15)의 P형 채널 영역(12) 사이에 전압이 인가된다. 따라서, 강유전체층(17)의 극성에 따라 채널 영역(12)에 양의 전하가 유도되어 메모리 셀은 저저항 상태가 된다. 이에 따라, 라이트 동작 모드시 메모리 모든 셀에 데이타 "1"을 라이트할 수 있게 된다. In this case, a voltage is applied between the
반면에, 도 3b 및 도 3c를 보면, 데이타 "1"의 리드 동작 모드시 버텀 워드라인(10)에 양의 값을 갖는 리드전압 <+Vrd>을 인가하고, 워드라인(18)에 그라운드 전압 <GND>을 인가한다. 이때, 버텀 워드라인(10)으로부터 인가되는 리드전압 <+Vrd>에 의해 채널영역(12)의 하부에 공핍층(12a)이 형성된다. 3B and 3C, on the other hand, in the read operation mode of the data " 1 ", a positive read voltage <+ Vrd> is applied to the
또한, 채널영역(12)의 상부에 양의 전하가 유도되어 공핍층이 생기지 않게 된다. 이에 따라, 채널영역(12)이 턴온되어 소스영역(14)에서 드레인영역(13)으로 전류가 흐르게 된다. 따라서, 리드 동작 모드시 메모리 셀에 저장된 데이타 "1"을 리드할 수 있게 된다. 이때, 드레인영역(13)과 소스영역(14)에 약간의 전압차를 주어도 채널 영역(12)이 턴온된 상태이므로 많은 전류가 흐르게 된다. In addition, a positive charge is induced on the
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 로우 데이타 라이트/리드 동작을 설명하기 위한 도면이다. 4A and 4B illustrate a low data write / read operation of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
먼저, 도 4a를 보면, 데이타 "0"의 라이트 동작 모드시 버텀 워드라인(10)에 그라운드 전압<GND> 또는 음의 값을 갖는 전압 <-V>을 인가하고 워드라인(18)에 양의전압 <+V>을 인가한다. 그리고, 드레인영역(13)과 소스영역(14)에 그라운드 전압 <GND>을 인가한다. First, referring to FIG. 4A, in the write operation mode of the data "0", the ground word <GND> or the voltage <-V> having a negative value is applied to the
이때, 워드라인(18)으로부터 인가되는 양의 전압 <+V>과 채널영역(12)에 형성된 그라운드 전압 <GND> 사이에 높은 전압이 형성된다. 따라서, 강유전체층(17)의 극성에 따라 채널 영역(12)에 음의 전하가 유도되어 메모리 셀은 고저항 상태가 된다. 이에 따라, 라이트 동작 모드시 메모리 셀에 데이타 "0"을 라이트할 수 있게 된다. At this time, a high voltage is formed between the positive voltage <+ V> applied from the
반면에, 도 4b 및 도 4c를 보면, 데이타 "0"의 리드 동작 모드시 버텀 워드라인(10)에 양의 값을 갖는 리드전압 <+Vrd>을 인가하고, 워드라인(18)에 그라운드 전압 <GND>을 인가한다. 4B and 4C, on the other hand, in the read operation mode of the data " 0 ", a positive voltage <+ Vrd> is applied to the
이때, 버텀 워드라인(10)으로부터 인가되는 리드전압 <+Vrd>에 의해 채널영역(12)의 하부에 공핍층(12a)이 형성된다. 그리고, 채널영역(12)의 상부에 음의 전하가 유도되어 공핍층(12b)이 형성된다. 이에 따라, 채널영역(12)에 형성된 공핍층(12a,12b)에 의해 채널영역(12)의 채널이 오프되어 소스영역(14)에서 드레인영역(13)으로 전류 경로가 차단된다. At this time, the
이때, 드레인영역(13)과 소스영역(14) 사이에 약간의 전압차를 주어도 채널 영역(12)이 오프된 상태이므로 적은 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 리드 동작 모드시 메모리 셀에 저장된 데이타 "0"을 리드할 수 있게 된다. At this time, even if a slight voltage difference is applied between the
따라서, 리드 동작 모드시 워드라인(18)과 버텀 워드라인(10)을 그라운드로 제어하여 강유전체층(17)에 전압 스트레스가 가해지지 않기 때문에 셀의 데이타 유지 특성이 향상될 수 있게 된다. Accordingly, since the voltage line is not applied to the
특히, 나노 스케일(Nano scale) 레벨의 강유전체 메모리 셀은 저전압 스트레스에서 데이타 보존 특성이 취약하기 때문에 종래의 방법과 같이 리드 동작시 워드라인에 임의의 전압을 가하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 본 발명은 상술된 동작에 의해 이러한 종래의 문제점을 해결함으로써 나노 스케일 강유전체층을 포함하는 셀에서 저전압 동작 특성을 향상시킬 수 있도록 한다. In particular, since nanoscale-level ferroelectric memory cells have poor data retention characteristics at low voltage stress, it is difficult to apply arbitrary voltages to word lines during read operations as in the conventional method. Accordingly, the present invention solves this conventional problem by the above-described operation, thereby making it possible to improve low voltage operating characteristics in a cell including a nanoscale ferroelectric layer.
도 5는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 레이아웃 단면도이다. 5 is a layout cross-sectional view of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
본 발명은 워드라인 WL과 버텀 워드라인 BWL이 서로 동일한 방향으로 평행하게 배치되며 컬럼 방향으로 복수개 구비된다. 그리고, 복수개의 비트라인 BL은 워드라인 WL과 수직한 방향으로 복수개 구비된다. 또한, 복수개의 워드라인 WL, 복수개의 버텀 워드라인 BWL과, 복수개의 비트라인 BL이 교차되는 영역에 복수개의 단위 셀 C가 위치한다. In the present invention, the word line WL and the bottom word line BWL are arranged in parallel in the same direction and provided in plural in the column direction. A plurality of bit lines BL are provided in a direction perpendicular to the word line WL. In addition, a plurality of unit cells C are positioned in an area where a plurality of word lines WL, a plurality of bottom word lines BWL, and a plurality of bit lines BL intersect.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 셀 어레이 단면도이다. 6A and 6B are cross-sectional views of a cell array of a nonvolatile ferroelectric memory device according to the present invention.
도 6a는 도 5의 레이아웃 단면도에서 워드라인 WL과 평행인 (A) 방향에서의 셀 어레이 단면 구조를 나타낸다. FIG. 6A illustrates a cell array cross-sectional structure in the direction (A) parallel to the word line WL in the layout cross-sectional view of FIG. 5.
본 발명의 셀 어레이는 버텀 워드라인(10)의 상부에 절연층(11)이 형성되고, 절연층(11)의 상부에 복수개의 P형 채널 영역(12)을 포함하는 플로팅 채널층(15)이 형성된다. 그리고, 플로팅 채널층(15)의 상부에 터널 옥사이드층(16)이 형성되고, 터널 옥사이드층(16)의 상부에 강유전체층(17)이 형성된다. 또한, 강유전체층(17)의 상부에 버텀 워드라인(10)과 평행하게 워드라인(18)이 형성된다. 따라서, 하나의 워드라인 WL_1과 하나의 버텀 워드라인 BWL_1 사이에 복수개의 셀들이 연결된다. In the cell array of the present invention, the insulating
또한, 도 6b는 도 5의 레이아웃 단면도에서 워드라인 WL과 수직인 (B) 방향에서 셀 어레이 단면 구조를 나타낸다. 6B illustrates a cell array cross-sectional structure in a direction (B) perpendicular to the word line WL in the layout cross-sectional view of FIG. 5.
본 발명의 셀 어레이는 각각의 버텀 워드라인 BWL_1,BWL_2,BWL_3의 상부에 연장된 길이를 갖는 절연층(11)이 형성된다. 그리고, 절연층(11)의 상부에 P형 드레인영역(13)과 P형 채널영역(12) 및 P형 소스영역(14)이 직렬 연결된 플로팅 채널층(15)이 형성된다. In the cell array of the present invention, an insulating
여기서, P형 드레인영역(13)은 인접한 셀에서 소스 영역으로 사용될 수 있으며, P형 소스영역(14)은 인접한 셀에서 드레인 영역으로 사용될 수 있다. 즉, P형영역은 인접한 셀에서 드레인영역과 소스영역으로 공통으로 사용된다. Here, the P-
또한, 플로팅 채널층(15)의 상부에 터널 옥사이드층(16)이 형성되고, 터널 옥사이드층(16)의 상부에 강유전체층(17)이 형성되며, 강유전체층(17)의 P형 채널영역(12)의 상부에 워드라인 WL_1,WL_2,WL_3이 형성된다. Further, the
도 7은 다층 구조를 갖는 본 발명에 따른 불휘발성 강유전체 메모리 장치의 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of a nonvolatile ferroelectric memory device having a multilayer structure.
도 7에 도시된 다층 구조를 갖는 본 발명은 도 6b와 같은 구성을 갖는 본 발 명의 단위 셀 어레이가 다층 구조로 적층된다. 그리고, 각각의 단위 셀 어레이는 절연층(20)을 통해 서로 분리된다. In the present invention having the multilayer structure shown in FIG. 7, the unit cell array of the present invention having the configuration as shown in FIG. 6B is stacked in a multilayer structure. Each unit cell array is separated from each other through the insulating
본 발명에서는 플로팅 채널층(15)이 P형 드레인영역(13), P형 채널영역(12) 및 P형 소스영역(14)으로 이루어진 것을 그 실시예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 도 8에 도시된 바와 같이 플로팅 채널층(15)이 N형 드레인 영역(13), N형 채널영역(12) 및 N형 소스영역(14)으로 이루어질 수도 있다. In the present invention, the floating
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다. As described above, the present invention provides the following effects.
첫째, NDRO(Non Destructive Read Out) 방식을 사용하여 리드 동작시 셀의 데이타가 파괴되지 않는다. 이에 따라, 본 발명은 나노 스케일(Nano scale) 강유전체 셀의 저전압 동작시 셀의 신뢰성이 향상되고 리드 동작 속도를 향상시킬 수 있게 된다. First, data of a cell is not destroyed during a read operation using a non destructive read out (NDRO) method. Accordingly, the present invention can improve the reliability of the cell during the low voltage operation of the nano-scale ferroelectric cell and improve the read operation speed.
둘째, 복수개의 강유전체 단위 셀 어레이를 적층하여 셀의 집적 용량을 향상시킴으로써 셀의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있도록 하는 효과를 제공한다. Second, by stacking a plurality of ferroelectric unit cell array to improve the integrated capacity of the cell provides an effect to reduce the overall size of the cell.
셋째, 플로팅 채널층과 강유전체층 사이에 얇은 터널 옥사이드층을 형성하여 공정적으로 강유전체층의 불순물이 채널영역으로 확산되는 것을 방지한다. 이에 따라, 프로그램시에 발생하는 강유전체층과 옥사이드층 사이의 감극(Depolarization) 전하가 터널 옥사이드층을 통해 전부 방출됨으로써 강유전체층의 보존(Retention) 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다. Third, a thin tunnel oxide layer is formed between the floating channel layer and the ferroelectric layer to prevent impurities from the ferroelectric layer from being diffused into the channel region in a fair manner. Accordingly, the depolarization charges between the ferroelectric layer and the oxide layer generated during programming are all emitted through the tunnel oxide layer, thereby providing an effect of improving retention characteristics of the ferroelectric layer.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라 면 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, the 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 modifications are the following patents It should be regarded as belonging to the claims.
Claims (16)
Priority Applications (2)
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US11/482,069 US20070086230A1 (en) | 2005-10-13 | 2006-07-07 | Nonvolatile latch circuit and system on chip with the same |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020050096566A KR100673116B1 (en) | 2005-10-13 | 2005-10-13 | Non-volatile ferroelectric memory device |
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Citations (1)
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JP2003282838A (en) | 2002-03-27 | 2003-10-03 | Seiko Epson Corp | Ferroelectric capacitor, its manufacturing method, memory cell array, method of manufacturing dielectric capacitor, and memory device |
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2005
- 2005-10-13 KR KR1020050096566A patent/KR100673116B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003282838A (en) | 2002-03-27 | 2003-10-03 | Seiko Epson Corp | Ferroelectric capacitor, its manufacturing method, memory cell array, method of manufacturing dielectric capacitor, and memory device |
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