KR100976064B1 - 2 Bit Multi-level Flash Memory of having Separeted Gate - Google Patents

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김태환
곽계달
박상수
오세웅
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한양대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
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Abstract

하나의 셀에 2비트의 데이터를 저장할 수 있는 플래시 메모리가 개시된다. 핀 형상의 기판 상에 2개의 게이트 구조물이 형성되며, 형성된 게이트 구조물들 사이는 고유전율의 게이트 분리막이 개재된다. 개재된 게이트 분리막은 게이트 구조물들을 서로 전기적으로 절연한다. 따라서, 게이트들이 서로 전기적 영향을 미치는 커플링 현상은 방지된다. 또한, 고유전율의 게이트 분리막에 의해 백터널링 효과는 저감된다. 아울러 핀 구조로 인해 짧은 소스 및 드레인 사이의 이격거리에서도 충분한 채널 길이를 확보할 수 있다.A flash memory capable of storing two bits of data in one cell is disclosed. Two gate structures are formed on the fin-shaped substrate, and a gate separator having a high dielectric constant is interposed between the formed gate structures. The interposed gate separator electrically insulates the gate structures from each other. Thus, the coupling phenomenon in which the gates electrically influence each other is prevented. In addition, the back tunneling effect is reduced by the high dielectric constant gate separation film. In addition, the fin structure ensures sufficient channel length even at short source and drain spacings.

플래시 메모리, 핀 트랜지스터, 비휘발성 메모리 Flash Memory, Pin Transistors, Nonvolatile Memory

Description

분리된 게이트를 가지는 2비트 멀티레벨 플래시 메모리{2 Bit Multi-level Flash Memory of having Separeted Gate}2 bit multi-level flash memory of having separeted gate

본 발명은 비휘발성 메모리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory, and more particularly to a flash memory capable of storing two bits in one cell.

비휘발성 메모리는 전원의 공급이 차단되더라도 저장된 정보를 보존할 수 있는 소자이다. 특히, 플래시 메모리는 비휘발성 메모리 중에서 대표적인 소자로서, 높은 집적도와 우수한 데이터 보존성을 가진다.Non-volatile memory is a device that can preserve stored information even when power supply is interrupted. In particular, flash memory is a representative device of nonvolatile memory, and has high integration and excellent data retention.

플래시 메모리가 가지는 동작 양상은 프로그램 동작 및 소거 동작으로 이루어진다. 프로그램 동작은 전하를 플로팅 게이트 또는 질화막의 계면에 트랩시키는 동작이다. 반면, 소거 동작은 트랩된 전하를 하부의 기판으로 전달시키는 동작이다. 이러한, 프로그램 동작 및 소거 동작에 의해 셀 트랜지스터의 문턱전압은 변경된다. 문턱전압의 변경에 의해 정보의 저장동작이 일어난다.The operation aspect of the flash memory includes a program operation and an erase operation. The program operation is an operation of trapping charge at an interface of a floating gate or a nitride film. On the other hand, the erase operation is an operation for transferring the trapped charge to the lower substrate. The threshold voltage of the cell transistor is changed by the program operation and the erase operation. The storage operation of the information occurs by changing the threshold voltage.

상술한 플래시 메모리는 동작의 양상 및 셀들의 배치구조에 따라 낸드형과 노어형으로 구분된다. 특히 낸드 플래시 메모리는 대용량의 데이터 저장용으로서 용량 증대를 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 메모리이다. 이러한 낸드 플래시 메모리는 최근 5년 동안 용량이 2배씩 급격하게 증가하여 노트북의 하드 디스크의 용량에 근접하였다. The above-described flash memory is classified into NAND type and NOR type according to an aspect of operation and an arrangement structure of cells. In particular, NAND flash memory is a memory that is actively being researched for increasing the capacity for storing a large amount of data. Such NAND flash memory has doubled in capacity over the last five years, approaching the capacity of notebook hard disks.

메모리의 용량을 증가시키기 위해서는 선폭을 감소시키거나, 셀의 면적을 감소시키는 작업이 필수적이다. 그러나, 플래시 메모리에서 단위 셀을 구성하는 트랜지스터의 채널 길이가 50nm 이하인 경우, 게이트 절연막의 터널링에 의한 누설 전류의 증가, 소스와 드레인, 드레인과 기판으로의 양자역학적 터널링 전류 증가, 채널 내의 전자분포의 불균일에 의한 소자특성의 열화, 단채널 효과 심화에 따른 서브스레쉬홀드(subthreshold) 특성 열화 등의 문제가 발생한다. 즉, 단위 셀인 트랜지스터의 크기를 감소시키는 것만으로는 소자의 특성을 유지하거나, 향상시키는데 한계가 있다. 소자의 크기 감소에 의한 한계의 주된 원인은 단채널 효과의 발생에 있다. 소자의 크기가 감소하면, 소스 및 드레인 사이의 누설전류가 발생하는 단채널 효과가 심화된다. 따라서, 트랜지스터의 채널이 평면적인 구조를 가지는 것보다는 3차원 구조를 가지는 방안이 제시되고 있다. To increase the memory capacity, it is necessary to reduce the line width or reduce the cell area. However, when the channel length of a transistor constituting a unit cell in a flash memory is 50 nm or less, an increase in leakage current due to tunneling of the gate insulating film, an increase in quantum mechanical tunneling current to a source and a drain, a drain and a substrate, and an electron distribution in the channel Problems such as deterioration of device characteristics due to unevenness and deterioration of subthreshold characteristics due to intensification of short channel effects occur. That is, only by reducing the size of the transistor which is a unit cell, there is a limit in maintaining or improving the characteristics of the device. The main reason for the limitation due to the size reduction of the device is the occurrence of the short channel effect. As the size of the device is reduced, the short channel effect of leakage current between the source and the drain is intensified. Therefore, a method of having a three-dimensional structure has been proposed rather than a planar structure of a channel of a transistor.

이외에도 SONOS타입의 게이트 적층구조를 형성하여 SiN 막의 계면에 전하를 축적하는 방식을 사용할 수 있다. 이는 전하를 물리적으로 분리된 복수의 장소에 저장할 수 있는 장점이 있으며, 셀당 저장되는 비트수를 향상시킬 수 있다. In addition, a method of forming a charge stack at the interface of the SiN film by forming a SONOS type gate stack structure can be used. This has the advantage that the charge can be stored in a plurality of physically separated places, it is possible to improve the number of bits stored per cell.

예컨대, 2비트/셀의 다비트화의 경우, 부유게이트형에서는 전압 레벨을 4가지로 분리할 필요가 있는데 비해, 2비트/셀의 다비트화가 구현되는 경우 전하를 서로 다른 두 영역에 축적할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 2비트로 게이트를 분리시키는 기술은 게이트들간의 커플링 효과가 발생하여 데이터 저장의 신뢰성이 문제가 된다. 또한, 게이트 전극으로부터 산화막을 전하가 통과하는 백터널링(back tunneling) 현상이 발생되는 문제가 발생한다.For example, in the case of multi-bit of 2 bits / cell, in the floating gate type, it is necessary to separate the voltage levels into 4 types, whereas when multi-bit of 2 bits / cell is implemented, charges can be accumulated in two different regions. There is an advantage. However, the technique of separating the gates into two bits causes a coupling effect between the gates and thus the reliability of data storage becomes a problem. In addition, a problem occurs in that a back tunneling phenomenon in which charge passes through the oxide film from the gate electrode occurs.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적은 면적으로도 셀당 2비트를 저장하고, 백터널링, 단채널 효과 및 게이트간의 커플링을 방지할 수 있는 플래시 메모리를 제공하는데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a flash memory that can store two bits per cell with a small area, and can prevent back tunneling, short channel effects, and coupling between gates.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 표면으로부터 매몰된 핀 영역을 구비하는 기판; 상기 기판의 상기 핀 영역을 매립하는 2개의 게이트 구조물들; 상기 게이트 구조물의 일측면에 형성된 소스 영역; 상기 게이트 구조물을 중심으로 상기 소스 영역과 대향하는 드레인 영역; 및 상기 2개의 게이트 구조물들 사이에 배치되어, 상기 2개의 게이트 구조물을 전기적으로 분리하는 게이트 분리막을 포함하는 플래시 메모리를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a substrate having a fin region buried from the surface; Two gate structures filling the fin region of the substrate; A source region formed on one side of the gate structure; A drain region facing the source region around the gate structure; And a gate separator disposed between the two gate structures and electrically separating the two gate structures.

본 발명에 따를 경우, 게이트 구조물들 사이에 구비되는 게이트 분리막을 통해 하나의 셀은 2비트의 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 고유전율의 게이트 분리막을 통해 백터널링 및 게이트 간의 커플링 현상은 방지된다. 이외에도 기판은 핀 구조를 가지고, 핀 형상을 따라 채널이 형성되므로 짧은 소스 및 드레인 사이의 이격공간에서도 단채널 효과를 방지할 수 있다.According to the present invention, one cell may store two bits of data through a gate separator provided between the gate structures. In addition, back tunneling and coupling between gates are prevented through the high dielectric constant gate separator. In addition, since the substrate has a fin structure and a channel is formed along the fin shape, the short channel effect can be prevented even in a space between the short source and the drain.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

실시예Example

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a flash memory according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 게이트 구조물(200)이 형성된다. 또한, 게이트 구조물(200)의 양측면에는 소스 영역(310) 및 드레인 영역(320)이 구비된다. 상기 도 1에 도시된 게이트 구조물(200)은 기판(100)의 표면으로부터 내부로 매몰 된 형상을 가진다. 따라서, 채널 영역은 핀(fin)의 형상을 가진다. 즉, 기판(100)의 핀 영역 상에 게이트 구조물(200)이 형성된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서는 이러한 구조를 핀 타입 트랜지스터라 지칭한다.Referring to FIG. 1, a gate structure 200 is formed on a substrate 100. In addition, both side surfaces of the gate structure 200 may include a source region 310 and a drain region 320. The gate structure 200 illustrated in FIG. 1 has a shape buried inward from the surface of the substrate 100. Thus, the channel region has the shape of a fin. That is, the gate structure 200 is formed on the fin region of the substrate 100. In the technical field of the present invention, such a structure is referred to as a fin type transistor.

게이트 구조물(200)은 터널링 산화막(120), 전하 트랩층(130), 블로킹 절연막(140) 및 게이트 전극(150)으로 구성된다. 또한, 게이트 분리막(210)을 중심으로 2개의 게이트 구조물(200)이 배치된다. 각각의 게이트 구조물(200)을 통해 독립적인 프로그램 동작이 가능하도록 구성된다.The gate structure 200 includes a tunneling oxide layer 120, a charge trap layer 130, a blocking insulating layer 140, and a gate electrode 150. In addition, two gate structures 200 are disposed around the gate separation layer 210. Each gate structure 200 is configured to enable independent program operation.

또한, 소스 및 드레인 영역(310, 320)의 양 측면은 산화막(110)으로 매립된다.In addition, both side surfaces of the source and drain regions 310 and 320 may be filled with the oxide film 110.

상기 터널링 산화막(120)은 실리콘 산화물로 구성됨이 바람직하다. 특히, 상기 터널링 산화막(120)은 열산화 공정을 이용하여 형성된다. 이외에도 터널링 산화막(120)은 원자층 증착 또는 화학 기상 증착에 의해 형성될 수도 있다. The tunneling oxide layer 120 may be made of silicon oxide. In particular, the tunneling oxide film 120 is formed using a thermal oxidation process. In addition, the tunneling oxide layer 120 may be formed by atomic layer deposition or chemical vapor deposition.

상기 터널링 산화막(120) 상부에는 전하 트랩층(130)이 구비된다. 상기 전하 트랩층(130)은 실리콘 질화물(Si3N4)로 구성됨이 바람직하다. 상기 전하 트랩층(130)은 터널링 산화막(120)과의 계면 부위에서 전하를 저장하는 기능을 수행한다.The charge trap layer 130 is provided on the tunneling oxide layer 120. The charge trap layer 130 is preferably made of silicon nitride (Si3N4). The charge trap layer 130 stores charge at an interface with the tunneling oxide layer 120.

상기 전하 트랩층(130) 상부에는 블로킹 절연막(140)이 배치된다. 상기 블로킹 절연막(140)은 실리콘 산화물 또는 금속 산화물로 구성된다. 상기 블로킹 유전막(140)이 금속 산화물로 구성되는 경우, 금속 산화물로는 고유전율을 가지는 하프늄 산화물, 티타늄 산화물, 이트륨 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물 및 지 르코늄 산화물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있으며, 이들 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나에 질소 또는 실리콘의 첨가물일 수 있으며, 이들의 복합막일 수도 있다.The blocking insulating layer 140 is disposed on the charge trap layer 130. The blocking insulating layer 140 is made of silicon oxide or metal oxide. When the blocking dielectric layer 140 is formed of a metal oxide, the metal oxide may be selected from the group consisting of hafnium oxide, titanium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide having a high dielectric constant. At least one selected from these groups may be an additive of nitrogen or silicon, or a composite film thereof.

상기 블로킹 절연막(140) 상에는 게이트 전극(150)이 구비된다. 게이트 전극(150)은 다결정 실리콘, 금속, 도전성 금속질화물 또는 도전성 산화물이 사용될 수 있다. 상기 게이트 전극(150)은 게이트 구조물(200)마다 별도로 구비된다.The gate electrode 150 is provided on the blocking insulating layer 140. The gate electrode 150 may be made of polycrystalline silicon, metal, conductive metal nitride, or conductive oxide. The gate electrode 150 is provided separately for each gate structure 200.

상술한 게이트 구조물(200)은 하나의 셀에 2개가 구비된다. 2개의 게이트 구조물들(200) 사이에는 게이트 분리막(210)이 구비된다. 상기 게이트 분리막(210)은 고유전율이 금속 산화물을 사용함이 바람직하다. 금속 산화물로는 고유전율을 가지는 하프늄 산화물, 티타늄 산화물, 이트륨 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물 및 지르코늄 산화물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있으며, 이들 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나에 질소 또는 실리콘의 첨가물일 수 있으며, 이들의 복합막일 수도 있다. 고유전율의 게이트 분리막(210)에 의해 2개의 게이트 구조물들 사이의 커플링 효과는 최소화된다.Two gate structures 200 are provided in one cell. A gate separator 210 is provided between the two gate structures 200. The gate separation layer 210 preferably uses a metal oxide having a high dielectric constant. The metal oxide may be selected from the group consisting of hafnium oxide, titanium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide and zirconium oxide having high dielectric constant, and may be an additive of nitrogen or silicon to at least one selected from these groups. Or a composite film thereof. The coupling effect between the two gate structures is minimized by the high dielectric constant gate separator 210.

도 2는 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리를 X-X'방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the flash memory shown in FIG. 1 taken along the line X-X '.

상기 도 2를 참조하면, 기판(100) 표면으로부터 매몰된 핀 부분에 2개의 게이트 구조물(200)이 배치되며, 게이트 구조물들(200) 사이에는 게이트 분리막(210)이 개재된다. 각각의 게이트 구조물(200)은 터널링 산화막(120), 전하 트랩층(130), 블로킹 절연막(140) 및 게이트 전극(150)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 또한, 2비트의 구현을 위해 핀 부분의 좌우 부위 중 어느 한 부위의 불순물 의 농도를 높인다. 즉, 2개의 게이트 구조물(200)에 전하의 트랩 및 채널 영역으로 전하가 복귀되는 부위의 불순물의 농도를 불균일하게 한다. 예컨대, 핀부위에서 드레인 영역(320)과 인접한 부위에 불순물의 농도를 증가시켜서 드레인 영역(320)의 공핍영역의 폭을 감소시킬 수 있다. 또한, 이와 반대로 소스 영역(310)에 인접한 핀 영역의 도핑 농도를 증가시킬 수도 있다.Referring to FIG. 2, two gate structures 200 are disposed in a fin portion buried from the surface of the substrate 100, and a gate separation layer 210 is interposed between the gate structures 200. Each gate structure 200 has a structure in which the tunneling oxide layer 120, the charge trap layer 130, the blocking insulating layer 140, and the gate electrode 150 are sequentially stacked. In addition, in order to implement 2 bits, the concentration of impurities in either of the left and right portions of the pin portion is increased. That is, the concentration of impurities in the portion where the charge is returned to the trap and channel regions of the charges in the two gate structures 200 is uneven. For example, the width of the depletion region of the drain region 320 may be decreased by increasing the concentration of impurities in the region adjacent to the drain region 320 at the fin region. On the contrary, the doping concentration of the fin region adjacent to the source region 310 may be increased.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 프로그램 동작시에 시간에 따른 트랩 전하량을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a trap charge amount with time during a program operation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 프로그램 동작은 소스 영역과 드레인 영역을 전기적으로 분리시키고, 각각의 게이트 전극에 프로그램 전압을 인가하는 것이다. 도 3에서 인가된 프로그램 전압은 15V이다. 프로그램 전압의 인가에 따라 전하는 터널링 산화막을 통과하여 전하 트랩층에 트랩된다. 즉, 프로그램 동작시 발생하는 현상은 F-N 터널링이 된다.Referring to FIG. 3, a program operation electrically separates a source region and a drain region and applies a program voltage to each gate electrode. The program voltage applied in FIG. 3 is 15V. As the program voltage is applied, charge passes through the tunneling oxide film and is trapped in the charge trap layer. That is, the phenomenon occurring during the program operation is F-N tunneling.

먼저, 초기상태는 ‘11’로 설정한다. 이는 전하가 전하 트랩층에 존재하지 않는 상태이다. First, the initial state is set to '11'. This is a state where no charge is present in the charge trap layer.

이어서, 상태 ‘01’에서는 소스 영역에 인접한 게이트 구조물에 프로그램 동작이 실시된다. 즉, 소스 영역에 인접한 게이트 구조물 내의 게이트 전극에 프로그램 전압이 인가된다. 소스 영역에 인접한 핀 부위에는 상대적으로 저농도로 도핑된 상태이므로, 트랩되는 전하량은 이후의 고농도로 도핑된 영역에서의 프로그램 동작에 따른 트랩 전하량에 비해 적다.Next, in the state '01', a program operation is performed on the gate structure adjacent to the source region. That is, a program voltage is applied to the gate electrode in the gate structure adjacent to the source region. Since the pin region adjacent to the source region is relatively low-doped, the amount of charge trapped is less than the amount of trap charge resulting from a program operation in a subsequent high-doped region.

또한, 상태 ‘10’에서는 드레인 영역에 인접한 게이트 구조물에 프로그램 동작이 실시된다. 드레인 영역에 인접한 핀 부위는 상대적으로 고농도로 도핑되므로, 프로그램 동작에 의해 트랩되는 전하량은 상태 ‘01’에 비해 증가된 양상을 가진다.In the state '10', the program operation is performed on the gate structure adjacent to the drain region. Since the fin region adjacent to the drain region is relatively doped, the amount of charge trapped by the program operation is increased compared to the state '01'.

마지막으로, 상태 ‘00’에서는 2개의 게이트 구조물들에 프로그램 동작이 실시된다. 따라서, 트랩되는 전하량은 최대가 된다.Finally, in state '00', the program operation is performed on the two gate structures. Therefore, the amount of charge trapped becomes maximum.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 소거 동작시에 시간에 따라 전하 트랩층에 잔류하는 전하량을 도시한 그래프이다.4 is a graph showing the amount of charge remaining in the charge trap layer with time during an erase operation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 게이트 구조물의 게이트 전극에 소거 전압을 인가한 후, 약 50msec 경과 후에는 전하 트랩층의 모든 전하가 제거됨을 할 수 있다. 상기 도 4에서의 소거 전압은 -12V이다.Referring to FIG. 4, after an erase voltage is applied to the gate electrode of the gate structure, all charges in the charge trap layer may be removed after about 50 msec. The erase voltage in FIG. 4 is -12V.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 문턱 전압의 변화량을 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the amount of change in the threshold voltage according to a preferred embodiment of the present invention.

게이트 전극에서의 전압을 변경시키고, 드레인 영역과 소스 영역 사이에 일정한 바이어스를 인가한 상태에서 셀을 흐르는 전류가 50uA인 경우의 게이트 전극의 전압을 문턱 전압 Vth로 설정한다.The voltage at the gate electrode is changed, and the voltage of the gate electrode when the current flowing through the cell is 50 uA while a constant bias is applied between the drain region and the source region is set to the threshold voltage Vth.

전하의 트랩량이 가장 많은 상태 ‘00’에서는 셀의 문턱전압은 가장 큰 값을 가진다. 이는 트랩된 전자의 영향에 의한 것이다. 또한, 셀의 문턱전압의 크기는 상태 ‘01’, 상태 ‘10’ 및 상태 ‘11’ 순이 된다. 이는 전하 트랩층에 트랩된 전하의 양에 비례한다.In the state '00' where the trap amount of charge is the highest, the threshold voltage of the cell has the largest value. This is due to the effect of trapped electrons. The threshold voltages of the cells are in order of state '01', state '10', and state '11'. This is proportional to the amount of charge trapped in the charge trap layer.

상술한 4가지 상태에 따른 문턱 전압의 변경은 읽기 동작시에 저장된 데이터 의 형태로 나타난다.The change of the threshold voltage according to the four states described above appears in the form of data stored in a read operation.

즉, 소스 영역에 인접한 게이트 전극에 읽기 전압을 인가하고, 드레인 영역에 인접한 게이트 전극에는 패스 전압을 인가한다. 상기 읽기 전압은 상기 도 5에서 상태 ‘01’과 상태 ‘10’의 문턱 전압들 사이의 값으로 설정한다. 또한, 상기 패스 전압은 상기 ‘00’에서의 문턱 전압을 상회하는 값으로 결정한다. 따라서, 소스 영역에 인접한 게이트 전극에 읽기 전압을 인가하는 경우, 소스 영역에 인접한 게이트 전극의 상태를 확인할 수 있다. 즉, 드레인 영역에서 전류가 감지되지 않는 경우, 이는 상태 ‘01’ 또는 ‘00’으로 판단된다.That is, a read voltage is applied to the gate electrode adjacent to the source region, and a pass voltage is applied to the gate electrode adjacent to the drain region. The read voltage is set to a value between threshold voltages of state '01' and state '10' in FIG. 5. In addition, the pass voltage is determined as a value that exceeds the threshold voltage at '00'. Therefore, when a read voltage is applied to the gate electrode adjacent to the source region, the state of the gate electrode adjacent to the source region can be confirmed. That is, when no current is detected in the drain region, it is determined as the state '01' or '00'.

이어서, 드레인 영역에 인접한 게이트 전극에 읽기 전압을 인가하고, 소스 영역에 인접한 게이트 전극에는 패스 전압을 인가한다. 상기 읽기 전압은 상태 ‘01’과 상태 ‘00’ 사이의 문턱전압으로 결정한다. 따라서, 드레인 영역에 흐르는 전류를 감지하여 최종적으로 셀의 상태를 확인할 수 있다.Next, a read voltage is applied to the gate electrode adjacent to the drain region, and a pass voltage is applied to the gate electrode adjacent to the source region. The read voltage is determined as a threshold voltage between the state '01' and the state '00'. Therefore, the state of the cell can be finally confirmed by sensing the current flowing in the drain region.

상술한 본 발명에 따르면, 하나의 셀은 2비트의 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 핀 구조를 가지므로 채널길이의 축소에 따른 단채널 효과가 방지된다. 단채널 효과의 방지에 의해 셀의 데이터의 저장능력의 신뢰성은 향상되며, 셀의 면적의 축소와 함께 플래시 메모리의 저장 능력을 향상시킬 수 있다.According to the present invention described above, one cell can store two bits of data. In addition, since the pin structure has a short channel effect due to the reduction of the channel length. By preventing the short channel effect, the reliability of the data storage capacity of the cell is improved, and the storage capacity of the flash memory can be improved with the reduction of the cell area.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a flash memory according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 상기 도 1에 도시된 플래시 메모리를 X-X'방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the flash memory shown in FIG. 1 taken along the line X-X '.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 프로그램 동작시에 시간에 따른 트랩 전하량을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a trap charge amount with time during a program operation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 소거 동작시에 시간에 따라 전하 트랩층에 잔류하는 전하량을 도시한 그래프이다.4 is a graph showing the amount of charge remaining in the charge trap layer with time during an erase operation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 문턱 전압의 변화량을 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the amount of change in the threshold voltage according to a preferred embodiment of the present invention.

Claims (4)

표면으로부터 매몰된 핀 영역을 구비하는 기판;A substrate having fin regions buried from the surface; 상기 기판의 상기 핀 영역을 매립하는 2개의 게이트 구조물들;Two gate structures filling the fin region of the substrate; 상기 게이트 구조물의 일측면에 형성된 소스 영역;A source region formed on one side of the gate structure; 상기 게이트 구조물을 중심으로 상기 소스 영역과 대향하는 드레인 영역; 및A drain region facing the source region around the gate structure; And 상기 2개의 게이트 구조물들 사이에 배치되어, 상기 2개의 게이트 구조물을 전기적으로 분리하는 게이트 분리막을 포함하고,A gate separator disposed between the two gate structures and electrically separating the two gate structures, 상기 게이트 구조물들은 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이에 순차적으로 배치되고, 상기 각각의 게이트 구조물들은 상기 핀 영역의 폭 방향으로 나란히 배치되는 플래시 메모리.The gate structures are sequentially disposed between the source region and the drain region, and the respective gate structures are disposed side by side in the width direction of the fin region. 제1항에 있어서, 상기 게이트 분리막은 고유전율을 가지는 하프늄 산화물, 티타늄 산화물, 이트륨 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물 및 지르코늄 산화물로 구성된 그룹에서 선택되거나, 이들 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나에 질소 또는 실리콘의 첨가물이거나, 이들의 복합막인 것을 특징으로 하는 플래시 메모리.The method of claim 1, wherein the gate separator is selected from the group consisting of hafnium oxide, titanium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide and zirconium oxide having a high dielectric constant, or at least one selected from these groups Flash memory characterized in that it is an additive or a composite film thereof. 제1항에 있어서, 상기 게이트 구조물은, The method of claim 1, wherein the gate structure, 상기 핀 영역 상에 형성된 터널링 산화막; A tunneling oxide film formed on the fin region; 상기 터널링 산화막 상에 형성되고, 실리콘 질화물로 구성된 전하 트랩층;A charge trap layer formed on the tunneling oxide film and formed of silicon nitride; 상기 전하 트랩층 상에 형성된 블로킹 절연막; 및 A blocking insulating film formed on the charge trap layer; And 상기 블로킹 절연막 상에 형성된 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리.And a gate electrode formed on the blocking insulating film. 제1항에 있어서, 상기 핀 영역은 상기 소스 영역 또는 상기 드레인 영역에 인접한 일측 부위가 타측 부위에 비해 높은 도핑 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리.The flash memory of claim 1, wherein one side of the fin region adjacent to the source region or the drain region has a higher doping concentration than the other portion.
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