KR100862216B1 - The nonvolatile dram having capacitorless dram characteristic and nonvolatile memory characteristic by resistance switching material - Google Patents
The nonvolatile dram having capacitorless dram characteristic and nonvolatile memory characteristic by resistance switching material Download PDFInfo
- Publication number
- KR100862216B1 KR100862216B1 KR1020070077740A KR20070077740A KR100862216B1 KR 100862216 B1 KR100862216 B1 KR 100862216B1 KR 1020070077740 A KR1020070077740 A KR 1020070077740A KR 20070077740 A KR20070077740 A KR 20070077740A KR 100862216 B1 KR100862216 B1 KR 100862216B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- floating body
- dram
- change material
- hole
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 20
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 6
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- -1 germanium ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
- H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
- H01L29/40114—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/30—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 메모리 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 커패시터리스 디램(Capacitorless DRAM) 특성과 RRAM(Resistance Random Access Memory)의 특성을 갖는 융합 메모리에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a memory device, and more particularly, to a fusion memory having characteristics of capacitorless DRAM and resistance random access memory.
반도체 메모리 소자는 단위 면적당 메모리 셀의 수, 즉 집적도가 높으며, 동작 속도가 빠르고 저전력으로 구동 가능한 것이 바람직하며, 이러한 조건을 만족시키기 위해 다양한 종류의 메모리 소자들이 개발되고 있다.The semiconductor memory device has a high number of memory cells per unit area, that is, a high degree of integration, a fast operation speed, and low power consumption. Various types of memory devices have been developed to satisfy these conditions.
대표적인 반도체 메모리 소자인 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 경우, 단위 메모리 셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터(capacitor)로 구성되는 것이 일반적이다. DRAM은 집적도가 높고 동작속도가 빠른 이점이 있다. 그러나 전원이 꺼진 후에는 저장된 데이터가 모두 소실되는 단점이 있다. 또한 고집적화를 위한 소자의 스케일다운(scale down)시에 커패시터 형성 공정이 복잡하여 소자의 집적도가 증가함에 따라 공정상의 문제를 야기하고 다른 소자들과 함께 임베디드 칩을 형성하는 데에도 커패시터 형성 공정이 걸림돌로 작용한다.In the case of DRAM (Dynamic Random Access Memory), a typical semiconductor memory device, a unit memory cell is generally composed of one transistor and one capacitor. DRAM has the advantage of high integration and fast operation speed. However, after the power is turned off, all the stored data is lost. In addition, the capacitor formation process is complicated when the device is scaled down for high integration, resulting in process problems as the integration of the device increases, and the capacitor formation process is also difficult to form embedded chips with other devices. Acts as.
따라서 이러한 디램의 단점을 극복하기 위한 소자로서 연구되고 있는 것 중 한 가지는 커패시터리스 디램(capacitorless DRAM)이다. 커패시터리스 디램은 디램에서 복잡한 공정을 야기하는 커패시터 없이도 데이터를 저장할 수 있는 디램으로서 바디(body)에 전하를 저장하여 데이터를 저장하게 된다.Therefore, one of the things that are being studied as a device for overcoming the disadvantages of the DRAM is a capacitorless DRAM. A capacitorless DRAM is a DRAM that can store data without a capacitor that causes a complicated process in the DRAM, and stores data by storing an electric charge in a body.
도 1의 (a)는 커패시터리스 디램의 동작을 나타내는 단면도이다. 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI) 기판 위에 만들어진 트랜지스터에서 게이트(13)와 드레인(12)에 큰 전압을 인가하면 충돌 이온화(impact ionization)에 의해 드레인(12) 쪽의 채널에서 초과 정공(excess hole; 1)들이 생성된다. 이러한 초과 정공들은 바디(14) 아래로 절연층(10)이 있기 때문에 빠져나갈 곳이 없어 전위가 가장 낮은 바디(14) 안에 모이게 된다. 이렇게 모인 정공을 가진 트랜지스터는 이전의 바디에 정공이 없을 때의 트랜지스터와 문턱전압(threshold voltage)과 전류레벨에 차이가 발생하는데 이 차이로 ‘0’과 ‘1’을 구분한다.1A is a cross-sectional view illustrating the operation of a capacitorless DRAM. In a transistor made on an insulating layer silicon-on-insulator (SOI) substrate, applying a large voltage to the
한편 전원이 꺼진 후에도 저장된 데이터가 보존될 수 있는 비휘발성 메모리 소자의 대표적인 예가 플래시 메모리(Flash memory)이다. 플래시 메모리는 휘발성 메모리와 달리 비휘발성의 특성을 지니고 있으나 동작 전압이 높고, 동작 속도가 느린 단점이 있다. 또한 고집적화에 따라 스케일 다운의 물리적인 한계에 부딪히고 있다. Meanwhile, a flash memory is a representative example of a nonvolatile memory device in which stored data may be preserved even after the power is turned off. Unlike volatile memory, flash memory has nonvolatile characteristics, but has a disadvantage of high operating voltage and slow operation speed. In addition, high integration is facing the physical limitations of scale-down.
현재 많은 연구가 진행되고 있는 비휘발성 메모리 소자들로는 MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory) 및 RRAM(Resistance Random Access Memory)이 있다.Non-volatile memory devices that are currently being researched include magnetic random access memory (MRAM), ferroelectric random access memory (FRAM), phase-change random access memory (PRAM), and resistance random access memory (RRAM).
RRAM은 주로 저항변화물질이 전압에 따라 저항값이 달라지는 특성을 이용한 메모리 소자로 디램처럼 트랜지스터가 필요 없이 메모리 동작을 할 수 있기 때문에 집적도 면에서 매우 유리하며 구조가 간단하여 공정이 매우 단순하다는 장점이 있다.RRAM is a memory device whose resistance change material varies depending on the voltage. Since RRAM can operate without a transistor like a DRAM, it is very advantageous in terms of integration and its structure is simple and the process is very simple. have.
도 1의 (b)는 RRAM을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 하부전극(20) 과 상부전극(22) 사이에 저항변화 물질층(21)이 형성되어 있다. 하부 전극(20) 및 상부 전극(22)은 일반적인 전도성 물질로 형성되며, 저항변화 물질층(21)은 저항 변화특성을 지닌 물질로 형성된다. 상부 전극(22)과 하부전극(20) 사이에 적당한 전압을 인가하면 저항변화 물질층(21)의 저항값이 변화하고, 저항변화 물질층(21)의 저항값의 차이, 즉, 저항값이 낮은 상태(LRS-Low Resistance State)와 저항값이 높은 상태(HRS-High Resistance State)의 차이로 0’과 ‘1’을 구분한다.1B is a cross-sectional view schematically showing an RRAM. A resistance change material layer 21 is formed between the lower electrode 20 and the
본 발명의 목적은 전원 공급이 중단되더라도 RRAM 소자와 같이 저장된 데이터를 유지할 수 있고, 전원 공급시에는 디램 또는 커패시터리스 디램과 같이 고속으로 동작 가능한 비휘발성 디램(ReSFET) 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nonvolatile DRAM (ReSFET) capable of maintaining data stored as an RRAM device even when a power supply is interrupted, and capable of operating at a high speed such as a DRAM or a capacitorless DRAM at the time of power supply. .
본 발명에 따른 비휘발성 디램은 반도체 기판, 반도체 기판상에 형성된 정공 포위층, 정공 포위층상에 형성된 부유바디, 부유바디상에 형성된 저항변화 물질층, 저항변화 물질층상에 형성된 게이트, 및 정공 포위층상에 부유바디를 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 소스 및 드레인을 포함한다.The nonvolatile DRAM according to the present invention includes a semiconductor substrate, a hole encapsulation layer formed on the semiconductor substrate, a floating body formed on the hole encapsulation layer, a resistance change material layer formed on the floating body, a gate formed on the resistance change material layer, and a hole encapsulation layer. And a source and a drain formed to be spaced apart from each other with the floating body therebetween.
여기서, 정공 포위층은 절연체로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a hole surrounding layer consists of an insulator.
또는, 정공 포위층은 이온주입층인 것이 바람직하다.Alternatively, the hole envelope layer is preferably an ion implantation layer.
여기서, 이온주입층은 반도체 기판에 불순물 이온이 주입된 층인 것이 바람직하다.Here, the ion implantation layer is preferably a layer in which impurity ions are implanted into the semiconductor substrate.
여기서, 이온주입층은 반도체 기판에 게르마늄(Ge)이 주입된 층인 것이 바람직하다.Here, the ion implantation layer is preferably a layer in which germanium (Ge) is injected into the semiconductor substrate.
여기서, 부유바디는 그 두께가 비휘발성 디램의 채널의 최대 공핍폭보다 두껍도록 형성되는 것이 바람직하다.Here, the floating body is preferably formed so that the thickness is thicker than the maximum depletion width of the channel of the nonvolatile DRAM.
여기서, 반도체 기판 하부에 형성된 백게이트를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to further include a back gate formed under the semiconductor substrate.
여기서, 부유바디는 그 두께가 비휘발성 디램의 채널의 최대 공핍폭보다 얇도록 형성되는 것이 바람직하다.Here, the floating body is preferably formed so that its thickness is thinner than the maximum depletion width of the channel of the nonvolatile DRAM.
여기서, 부유바디는 핀(Fin) 구조로 형성되는 것이 바람직하다.Here, the floating body is preferably formed of a fin (Fin) structure.
여기서, 저항변화 물질층은 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, (코발트)Co 산화물, 바나듐(V) 산화물 중 하나 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다.Here, the resistance change material layer is nickel (Ni) oxide, titanium (Ti) oxide, hafnium (Hf) oxide, zirconium (Zr) oxide, zinc (Zn) oxide, tungsten (W) oxide, (cobalt) Co oxide, vanadium It is preferred to include at least one substance of (V) oxide.
본 발명에 따른 비휘발성 디램은 전원공급이 중단되더라도 단위 셀 안에 저장된 데이터를 유지할 수 있고, 전원 공급시에는 디램과 같이 고속으로 동작할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 비휘발성 디램은 커패시터를 포함하지 않기 때문에 고집적도를 실현할 수 있다.The nonvolatile DRAM according to the present invention can maintain data stored in a unit cell even when power supply is interrupted, and can operate at high speed like a DRAM when power is supplied. In addition, since the nonvolatile DRAM according to the present invention does not include a capacitor, high integration can be realized.
이하 도면을 참조하여 발명에 따른 비휘발성 디램을 상세히 설명한다. 도면 전체적으로 동일하거나 동일한 역할을 하는 구성요소는 동일한 인용부호를 사용하여 지시하였다.Hereinafter, a nonvolatile DRAM according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Components that are the same or serve the same throughout the drawings are indicated by the same reference numerals.
[제1 실시예][First Embodiment]
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램을 나타낸 도면이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)은 기판(100), 정공 포위층(110), 부유바디(120), 소스(130) 및 드레인(140), 저항변화물질(150) 및 게이트(160)를 포함한다. 기판(100)상에 정공 포위층(110)이 형성되고, 정공 포위층(110)상에 부유바디(120)가 형성된다. 또한, 정공 포위층(110)상에 부유바디(120)를 사이에 두고 소스(130) 및 드레인(140)이 형성된다. 부유바디(120)상에 저항변화 물질층(150)이 형성되고, 그 위에 게이트(160)가 형성된다.2 illustrates a nonvolatile DRAM according to a first embodiment of the present invention. The nonvolatile DRAM (ReSFET) according to the first embodiment of the present invention may include a
본 명세서에서 이하 반도체 기판(100)은 편의상 P형 실리콘 기판을 사용한 것을 기준으로 설명하기로 한다. 그러나 반도체 기판(100)은 반도체 기판에 이용되는 일반적인 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘, 실리콘 게르마늄, 인장 실리콘 또는 인장 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. Hereinafter, the
정공 포위층(110)은 후술하는 바와 같이 부유바디(120)에 정공이 축적될 수 있도록 부유바디(120)로부터 정공이 빠져나가는 것을 방지하는 층이다. 정공 포위층(110)은 일반적인 산화물과 같은 절연체로 형성할 수 있다. 또는, 정공 포위층(110)은 이온주입층일 수 있다. 여기서, 이온 주입층이란 반도체 기판(100)에 게르마늄 또는 높은 농도의 P형 불순물 이온이 주입된 층을 의미한다. 도 3은 부유바디(120)-정공포위층(110)-기판(100)에 대한 에너지 밴드도를 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)는 정공포위층(110)이 게르마늄이온이 주입된 이온주입층인 경우이고, 도 3의 (b)는 정공포위층(110)이 P형 불순물 이온이 주입된 이온주입층인 경우이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 실리콘과 게르마늄의 전자친화도(electron affinity:Х)의 값이 거의 같아 전도대(conduction band:Ec)의 에너지 레벨은 거의 같아서, 전자에 대한 배리어는 형성되지 않는다. 그러나, 물질차이에 따른 에너지 밴드갭(energy bandgap:Eg) 차이에 따라 가전자대(valence band:Ev) 에너지 레벨의 차이가 발생하고, 이 차이 때문에 정공 배리어(barrier)가 형성되어 정공이 배리어안에 국소적으로 갇혀 정공을 모을 수 있게 된다. 도 3의 (b)는 높은 농도의 P형 불순물이 주입된 경우의 에너지 밴드도인데, (a)의 경우와 마찬가지로 배리어가 형성되므로 정공을 포위할 수 있다.The
반도체 기판(100)에 절연층을 형성하기 위해서는 SOI(Silicon on Insulator) 기판을 이용하는 것이 통상적인데, 가격이 비싸 상용화가 어렵다. 또한, 다른 방법으로서 일반 실리콘 웨이퍼에 절연막을 성장시키고 다시 그 위에 실리콘을 증착하는 방법은, 절연층상에 증착되는 실리콘의 결정화 정도가 웨이퍼 자체의 실리콘 결정 정도보다 낮기 때문에 반도체 소자의 성능이 매우 열화된다는 단점이 있다. 이에 비해, 정공포위층(110)을 이온주입층으로 형성하는 방법은, 통상의 반도체 공정을 그대로 이용하여 반도체 기판(100)에 이온을 주입하기만 하면 되므로, 소자 제조 가격을 낮출 수 있고, 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.In order to form an insulating layer on the
부유바디(120)는 통상적인 전계효과 트랜지스터의 바디(body)를 구성하는 물질로 형성된다. 여기서, 부유바디(120)는, 실리콘, 실리콘 게르마늄, 인장 실리콘 또는 인장 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 부유바디(120)는 그 두께가 본 발명에 따른 비휘발성 디램의 채널의 최대 공핍폭(Depletion width)보다 두껍도록 형성된다. 저항변화 물질층(150)은 가해지는 전압에 따라 물질의 저항이 달라지는 성질을 갖는 임의의 공지된 물질로 이루어진 층을 의미한다. 저항변화 물질층(150)은 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프 늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, (코발트)Co 산화물, 바나듐(V) 산화물 중 하나 이상의 물질을 포함한다.The floating
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)의 제조방법을 제조 공정 순서에 따라 나타낸 단면도이다. 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(100)상에 정공 포위층(110), 부유바디(120) 및 저항변화 물질층(150)이 순차적으로 형성된다. 부유바디(120)는 그 두께가 채널의 최대 공핍폭(Depletion width)보다 두꺼운 PD SOI(Partially Depleted Silicon On Insulator) 기판이 되도록 형성한다. 최대 공핍폭보다 부유바디의 두께가 얇은 경우 부유바디 전체가 공핍되고(Fully depleted), 그 공핍된 영역에서는 새로 형성되는 정공들이 바로 재결합(recombination)되어 사라져 버리기 때문에, PD SOI 가 될 수 있도록 부유바디의 두께를 충분하게 해 주어야 한다.4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a nonvolatile DRAM (ReSFET) according to a first embodiment of the present invention according to a manufacturing process sequence. As shown in FIG. 4A, the
또는 정공 포위층(110)으로서의 절연층이 기판(100) 내부에 형성된 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI) 기판을 사용할 수도 있다. 절연층 매몰 실리콘 기판은 부유바디의 두께에 따라 PD SOI(Partially Depleted Silicon On Insulator)와 FD SOI(Fully Depleted Silicon On Insulator) 기판이 있다. 여기서도 마찬가지로, 부유바디(120)의 두께가 채널의 최대 공핍폭(depletion width)보다 두꺼운 PD SOI 기판을 이용한다. 부유바디(120)는 정공 포위층(110)과 인접한 영역에 정공을 모을 수 있고, 소스(130)와 드레인(140) 간의 채널로도 사용된다. Alternatively, an insulating layer embedded silicon (SOI) substrate in which an insulating layer as the
다음으로, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 저항변화 물질층(150)상에 게이 트(160)를 형성하고, 게이트(160) 및 저항변화 물질층(150)을 식각한 후, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 부유바디(120)에 채널 길이만큼 이격된 소스(130)와 드레인(140)을 확산(diffusion) 또는 이온주입(ion implantation) 공정 및 후속 열처리 등을 이용하여 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, after the
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)은 다음과 같은 특성을 갖는다. 게이트(160)와 드레인(140)에 큰 전압을 걸어주면 충돌 이온화에 의해 드레인(140) 쪽의 채널에서 초과 정공들이 생성된다. 이러한 초과 정공들은 바디(120) 아래로 정공 포위층(110)이 있기 때문에 빠져나갈 곳이 없어 전위가 가장 낮은 부유바디(120) 안에 모이게 된다. 이렇게 모인 정공을 가진 트랜지스터는 이전의 부유바디에 정공이 없을 때의 트랜지스터와 문턱전압과 전류레벨에 차이가 발생하는데 이 차이로 ‘0’과 ‘1’을 구분한다. 이때 저항변화 물질층은 트랜지스터의 게이트 절연막의 역할을 한다. 따라서, 비휘발성 디램(ReSFET)은 커패시터가 없이도 디램으로 이용할 수 있다. The nonvolatile DRAM (ReSFET) according to the first embodiment of the present invention has the following characteristics. When a large voltage is applied to the
또한, 본 발명에 따른 비휘발성 디램은 비휘발성 메모리 소자의 특성을 갖는다. 게이트에 특정값 이상의 전압을 인가하면, 저항 변화 물질층(150)의 저항이 변하게 되며, 이러한 저항 변화는 게이트에 인가되는 전압이 제거되어도 유지되므로 저항값의 차이에 따라 0과 1을 구별할 수 있는 비휘발성 메모리 소자로 동작 가능하다. 본 발명에 따른 비휘발성 디램을 디램으로 동작시킬지 비휘발성 메모리 소자로 동작시킬지 여부는 게이트에 인가되는 전압의 크기에 따라 결정할 수 있다. 예를 들어, 디램으로 동작시키기 위한 게이트 전압이 비휘발성 메모리 소자로 동작시 키기 위한 게이트 전압보다 일반적으로 낮으므로, 그 게이트 전압들 사이의 특정 전압을 기준전압으로 정하고, 디램으로 동작시키는 경우에는 그 기준전압보다 낮은 전압으로 소자를 동작시키고, 비휘발성 메모리 소자로 동작시키는 경우에는 그 기준전압보다 높은 전압으로 소자를 동작시킴으로써, 본 발명에 따른 비휘발성 디램의 동작을 결정할 수 있다.In addition, the nonvolatile DRAM according to the present invention has the characteristics of a nonvolatile memory device. When a voltage higher than a certain value is applied to the gate, the resistance of the resistance
[제2 실시예]Second Embodiment
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 디램을 나타낸 도면이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)은 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램과 비교해서, 부유바디(120)의 두께가 채널의 최대 공핍폭보다 얇도록 정공 포위층(110)이 기판(100)상에 형성되고, 기판(100) 하부에 백게이트(170)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 부유바디(120)의 두께가 채널의 최대 공핍폭보다 작은 구조를 FD SOI(Fully Depleted Silicon On Insulator)라 한다. 이러한 FD SOI 구조는 소스(130)와 부유바디(120) 접합에서의 장벽 감소가 정공이 모이는 것을 막기 때문에 부유 바디 효과(Floating Body Effect)가 나타나지 않아 메모리 특성을 얻을 수 없다. 그러나, 기판(100) 하부에 백게이트(170)를 형성하고 백게이트(170)에 음의 전압을 인가하면 음의 전압이 포텐셜 우물(potential well)을 만들어 부유바디(120) 내에 정공을 축적할 수 있다.5 illustrates a nonvolatile DRAM according to a second embodiment of the present invention. The nonvolatile DRAM (ReSFET) according to the second embodiment of the present invention has a
[제3 실시예]Third Embodiment
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)을 나타낸 도면이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)은 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램과 비교해서, 부유바디(120)가 평면형(Planer)구조가 아닌 핀(Fin)구조(또는 삼차원 수직형 구조)이고, 게이트(160)가 삼면에서 입체적으로 채널 영역을 둘러싸고 있는 점에 특징이 있다. 이러한 구조에 의해 게이트(160)의 채널 제어 능력을 향상시킬 수 있다. 6 illustrates a nonvolatile DRAM (ReSFET) according to a third embodiment of the present invention. The nonvolatile DRAM (ReSFET) according to the third embodiment of the present invention has a fin structure (or three-dimensional structure) in which the floating
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)의 제조방법을 제조 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다. 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(100), 정공 포위층(110) 및 부유바디(120)를 순차적으로 형성한다. 본 명세서에서 반도체 기판(100)은 편의상 P형 실리콘 기판인 것을 기준으로 설명하지만, 반도체 기판(100)은 일반적인 물질을 의미하는 것으로 실리콘 기판, 실리콘 게르마늄, 인장 실리콘 또는 인장 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드 기판 중 하나일 수 있다. 또한, 부유바디(120)는 패터닝(patterning) 공정을 이용하여 삼차원 수직형의 핀(Fin) 구조로 형성한다. 부유바디(120)의 상부면 및 측면은 채널 영역으로 사용된다. 부유바디(120)의 외측 하단부에는 인접한 다른 셀과의 절연을 위해 STI(shallow Trench Isolation, 115)가 형성된다.7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a nonvolatile DRAM (ReSFET) according to a third embodiment of the present invention according to a manufacturing process sequence. As shown in FIG. 7A, the
다음으로, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 부유바디(120)상에 저항변화 물질층(150)을 형성한다. 다음으로 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 게이트(160)를 형성한다. 또한, 도면에 나타내진 않았지만, 부유바디(120) 내부에 채널 길이만큼 이격된 소스와 드레인을 확산(diffusion) 또는 이온주입(ion implantation) 공정 및 후속 열처리 등을 이용하여 형성한다.Next, as shown in FIG. 7B, the resistance
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the present invention being indicated by the following claims rather than the foregoing description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도 1의 (a)는 커패시터리스 디램의 동작을 나타내는 단면도이고, 도 1의 (b)는 RRAM을 모식적으로 나타낸 단면도이다.FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating the operation of a capacitorless DRAM, and FIG. 1B is a cross-sectional view schematically illustrating an RRAM.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램을 나타낸 도면이다.2 illustrates a nonvolatile DRAM according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 부유바디(120)-정공포위층(110)-기판(100)에 대한 에너지 밴드도를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating an energy band diagram of the floating body 120-the hole encapsulation layer 110-the
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)의 제조방법을 제조 공정 순서에 따라 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a nonvolatile DRAM (ReSFET) according to a first embodiment of the present invention according to a manufacturing process sequence.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 디램을 나타낸 도면이다.5 illustrates a nonvolatile DRAM according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)을 나타낸 도면이다.6 illustrates a nonvolatile DRAM (ReSFET) according to a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 디램(ReSFET)의 제조방법을 제조 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a nonvolatile DRAM (ReSFET) according to a third embodiment of the present invention according to a manufacturing process sequence.
*****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명********** Description of the symbols for the main parts of the drawings *****
100 : 기판 100: substrate
110 : 정공포위층 115 : STI(Shallow Tranch Isloation)110: hole enveloping layer 115: STI (Shallow Tranch Isloation)
120 : 부유바디(floating body) 130 : 소스(source) 120: floating body 130: source
140 : 드레인(Drain) 150 : 저항변화 물질층140: drain 150: resistance change material layer
160 : 게이트 170 : 백게이트(back gate)160: gate 170: back gate
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070077740A KR100862216B1 (en) | 2007-08-02 | 2007-08-02 | The nonvolatile dram having capacitorless dram characteristic and nonvolatile memory characteristic by resistance switching material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070077740A KR100862216B1 (en) | 2007-08-02 | 2007-08-02 | The nonvolatile dram having capacitorless dram characteristic and nonvolatile memory characteristic by resistance switching material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100862216B1 true KR100862216B1 (en) | 2008-10-09 |
Family
ID=40152919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070077740A KR100862216B1 (en) | 2007-08-02 | 2007-08-02 | The nonvolatile dram having capacitorless dram characteristic and nonvolatile memory characteristic by resistance switching material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100862216B1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100946179B1 (en) | 2008-05-29 | 2010-03-09 | 한국과학기술원 | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
WO2010143770A1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | 고려대학교 산학 협력단 | Multifunction nonvolatile fusion memory device and fabrication method thereof |
KR101125475B1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-03-09 | 고려대학교 산학협력단 | One transistor floating body DRAM cell and manufacturing method of the same |
KR101201853B1 (en) | 2010-07-26 | 2012-11-15 | 한국과학기술원 | Capacitorless dynamic landom access memory and fabrication method thereof |
US8456889B2 (en) | 2010-02-03 | 2013-06-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices including variable resistance materials and methods of operating the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050025996A (en) * | 2002-07-25 | 2005-03-14 | 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 | Spin transistor using spin filter effect and nonvolatile memory using spin transistor |
KR20060097303A (en) * | 2005-03-05 | 2006-09-14 | 한국과학기술연구원 | Hybrid ferromagnet/si semiconductor spin device using silicon on insulator (soi) and its fabrication method |
-
2007
- 2007-08-02 KR KR1020070077740A patent/KR100862216B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050025996A (en) * | 2002-07-25 | 2005-03-14 | 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 | Spin transistor using spin filter effect and nonvolatile memory using spin transistor |
KR20060097303A (en) * | 2005-03-05 | 2006-09-14 | 한국과학기술연구원 | Hybrid ferromagnet/si semiconductor spin device using silicon on insulator (soi) and its fabrication method |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100946179B1 (en) | 2008-05-29 | 2010-03-09 | 한국과학기술원 | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
WO2010143770A1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | 고려대학교 산학 협력단 | Multifunction nonvolatile fusion memory device and fabrication method thereof |
US8456889B2 (en) | 2010-02-03 | 2013-06-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices including variable resistance materials and methods of operating the same |
KR101201853B1 (en) | 2010-07-26 | 2012-11-15 | 한국과학기술원 | Capacitorless dynamic landom access memory and fabrication method thereof |
KR101125475B1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-03-09 | 고려대학교 산학협력단 | One transistor floating body DRAM cell and manufacturing method of the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6734063B2 (en) | Non-volatile memory cell and fabrication method | |
KR100705301B1 (en) | Memory cell, method of formation, and operation | |
JP4443008B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2004047936A (en) | Semiconductor storage device | |
US10790288B2 (en) | Memory arrays comprising ferroelectric capacitors | |
US8546862B2 (en) | Memory cell, an array, and a method for manufacturing a memory cell | |
KR100862216B1 (en) | The nonvolatile dram having capacitorless dram characteristic and nonvolatile memory characteristic by resistance switching material | |
US11444100B2 (en) | Vertical memory device with tri-layer channel | |
US20100027355A1 (en) | Planar double gate transistor storage cell | |
KR102032221B1 (en) | Capacitorless 1t dram cell device using tunneling field effect transistor, fabrication method thereof and memory array using the same | |
US20110127580A1 (en) | Capacitor-less memory device | |
US20150249090A1 (en) | Semiconductor memory device and method for manufacturing same | |
JP2006269535A (en) | Semiconductor memory device and its manufacturing method | |
US8525248B2 (en) | Memory cell comprising a floating body, a channel region, and a diode | |
KR101804666B1 (en) | Semiconductor memory device with vertical semiconductor column | |
KR100997906B1 (en) | Unified random access memory device, manufacturing method and operating method of unified random access memory device | |
US10714479B2 (en) | One-transistor dram cell device based on polycrystalline silicon with FinFET structure and fabrication method thereof | |
KR101835611B1 (en) | Multi bit capacitorless dram using band offset technology and manufacturing method thereof | |
US7598559B2 (en) | Semiconductor storage device, manufacturing method therefor, and portable electronic equipment | |
JP5218351B2 (en) | Semiconductor memory device | |
KR101013791B1 (en) | Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing thereof | |
CN116936618A (en) | Semiconductor device, preparation method and application method thereof | |
CN113871395A (en) | Three-dimensional ferroelectric field effect transistor storage unit, memory and preparation method | |
KR20230037986A (en) | Integrated Circuit devices | |
KR100946179B1 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
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: 20110929 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120928 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |