KR101013791B1 - Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비휘발성 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 기판, 기판 상에 형성된 반도체기둥, 반도체기둥 상에 형성된 하드마스크, 반도체기둥의 양측에 각각 형성된 게이트 전극, 게이트 전극이 형성된 방향과 다른 방향으로 형성되고, 또한 반도체 기둥의 양측에 각각 형성된 소오스 전극 및 드레인 전극, 하드마스크의 주위를 둘러싸도록 형성되고, 전기적 신호에 따라 저항값이 변화되는 저항변화물질을 포함하는 저항변화물질층, 저항변화물질층 상에 형성된 금속층을 포함한다.The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a substrate, a semiconductor pillar formed on the substrate, a hard mask formed on the semiconductor pillar, a gate electrode formed on both sides of the semiconductor pillar, and a direction different from the direction in which the gate electrode is formed, In addition, on the resistance change material layer and the resistance change material layer, which are formed to surround the source electrode, the drain electrode, and the hard mask formed on both sides of the semiconductor pillar, and the resistance change material is changed according to an electrical signal. It includes a metal layer formed.
본 발명에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자는 전원 공급 시 고속 동작이 가능하며, 전원 공급이 중단되더라도 저항변화물질을 이용하여 데이터를 저장하고 지속적으로 유지 할 수 있다.The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention can be operated at high speed when power is supplied, and data can be stored and continuously maintained using a resistance change material even when the power supply is stopped.
디램, 커패시터리스 디램(Capacitorless DRAM), 저항변화메모리 Resistance Random Access Memory, RRAM), 비휘발성 메모리 DRAM, Capacitorless DRAM, Resistance Random Access Memory (RRAM), Nonvolatile Memory
Description
본 발명은 비휘발성 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
반도체 메모리 소자는 단위 면적당 메모리 셀의 수, 즉 집적도가 높으며, 동작속도가 빠르고, 저전력에서의 구동이 가능한 것이 바람직하므로, 이에 관한 많은 연구가 진행되어 왔으며, 다양한 종류의 메모리 소자들이 개발되고 있다.Since 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 a low power operation, many studies have been conducted. Various types of memory devices have been developed.
메모리 소자들 가운데 대표적인 예로는 디램(Dynamic Random Access Memory, DRAM) 소자가 있다. 일반적으로, 디램은 단위 셀이 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터로 구성된다. 디램은 집적도가 높고, 동작속도가 빠른 이점을 갖고 있다. 그러나 전원이 꺼진 후에는 저장된 데이터가 모두 소실되는 단점이 있다. 또한, 고집적화를 위한 디램 소자의 스케일다운 시, 커패시터 제조 공정이 복잡하여 소자의 집적도가 증가함에 따라 공정상의 문제를 야기한다. 또한, 다른 소자들과 함께 임베디드 칩을 형성하는 데에도 커패시터 제조 공정이 걸림돌로 작용하고 있다.A typical example of the memory devices is a DRAM (Dynamic Random Access Memory, DRAM) device. In general, a DRAM has a unit cell 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, when the DRAM device for high integration is scaled down, the capacitor manufacturing process is complicated, resulting in process problems as the integration of the device increases. In addition, the capacitor manufacturing process is also an obstacle to forming embedded chips with other devices.
이에 따라, 디램 소자의 집적도 향상을 위한 다양한 형태를 갖는 소자들이 연구되고 있고 이러한 메모리 소자들 가운데 하나인 커패시터리스 디램(Capacitorless DRAM)을 예로 들 수 있다. 커패시터리스 디램은 일반적인 디램 소자의 복잡한 공정을 야기 시키는 커패시터 없이, 부유바디(floating body)에 정공(electron hole)을 축적하여 비트 단위의 데이터를 구분함으로써 동작하는 반도체 메모리 소자이다.Accordingly, various types of devices for improving the integration of DRAM devices are being studied, and one of such memory devices is a capacitorless DRAM. Capacitorless DRAMs are semiconductor memory devices that operate by dividing holes in bits by accumulating holes in a floating body without a capacitor causing a complicated process of a general DRAM device.
커패시터리스 디램의 동작을 간략히 설명하면, 먼저, 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI)기판 상에 형성된 트랜지스터의 게이트 전극 및 드레인 전극에 전압이 인가되는 경우, 충돌 이온화(impact ionization) 현상을 통해 드레인 전극과 인접한 채널영역에서 초과 정공(excess electron hole)들이 생성된다. 생성된 초과 정공들은 부유바디 아래에 형성된 절연층에 의해 외부로 빠져나가지 못하고, 전위가 가장 낮은 부유바디 영역 안에 모이게 된다. 이에 따라, 커패시터리스 디램은 부유바디 영역에 모인 정공의 유무에 따라 트랜지스터의 문턱전압 및 전류레벨의 차이를 보이게 되는데, 이러한 문턱전압 및 전류레벨의 차이를 통해 '0' 또는 '1'과 같은 비트 단위의 데이터를 구분함으로써 동작하게 된다. 그러나, 바디 내의 정공은 전원 공급이 중단되고 시간이 흐름에 따라 재결합(recombination) 등에 의해 사라지게 된다. 이에 따라, 종래의 커패시터리스 디램은 전원 공급이 중단된 이후, 저장된 데이터가 유지되지 못하고 소실되는 문제점을 갖게 된다. Briefly describing the operation of the capacitorless DRAM, first, when the voltage is applied to the gate electrode and the drain electrode of the transistor formed on the silicon-on-insulator (SOI) substrate, impact ionization phenomenon As a result, excess electron holes are generated in the channel region adjacent to the drain electrode. The generated excess holes are not escaped by the insulating layer formed below the floating body, and are collected in the floating body region having the lowest potential. Accordingly, the capacitorless DRAM shows a difference between the threshold voltage and the current level of the transistor depending on the presence of holes gathered in the floating body region, and the bit such as '0' or '1' through the difference between the threshold voltage and the current level. It operates by dividing the unit data. However, the holes in the body are discontinued due to power supply interruption and recombination over time. Accordingly, the conventional capacitorless DRAM has a problem in that stored data cannot be maintained after the power supply is interrupted.
한편, 디램 소자와 달리, 전원이 꺼진 후에도 저장된 데이터가 보존될 수 있 는 비휘발성 메모리 소자의 대표적인 예로는 플래시 메모리(flash memory)가 있다. 플래시 메모리는 휘발성 메모리 소자인 디램 소자와 달리 데이터 보존에 있어서 비휘발성을 갖고 있으나, 디램 소자에 비해 동작 전압이 높고, 동작 속도가 느린 단점이 있다. 또한, 플래시 메모리 소자의 제조에 있어서는 고집적화에 따른 스케일 다운의 물리적 한계에 부딪히고 있는 실정이다. 현재 많은 연구가 진행되고 있는 비휘발성 메모리 소자들 중 RRAM(Resistance Random Access Memory)은 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.Meanwhile, unlike the DRAM device, a flash memory is a representative example of a nonvolatile memory device in which stored data may be preserved even after power is turned off. Unlike DRAM devices, which are volatile memory devices, flash memories have nonvolatile data retention. However, flash memories have higher operating voltages and slower operating speeds than DRAM devices. In addition, in the manufacture of flash memory devices, the physical limitations of scale-down due to high integration are encountered. RRAM (Resistance Random Access Memory) is a memory device that mainly uses resistance characteristics of resistance change material depending on voltage. It is possible to operate memory without using a transistor like DRAM. It is very advantageous in terms of the degree of integration, and has the advantage that the process is very simple due to the simple structure.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 저항변화물질을 이용하여, 전원 공급시에는 고속 동작이 가능하고, 전원 공급이 중단되더라도 저장된 데이터를 유지할 수 있는 비휘발성 반도체 메모리 소자를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a non-volatile semiconductor memory device capable of high-speed operation at the time of supplying power, and retaining stored data even when the power supply is interrupted by using a resistance change material. Let it be technical problem.
또한, 디램 및 비휘발성 반도체 메모리 소자로서의 기능을 선택적으로 행할 수 있는 비휘발성 반도체 메모리 소자 및 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method capable of selectively performing functions as a DRAM and a nonvolatile semiconductor memory device.
청구항 1에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 기판, 기판 상에 형성된 반도체기둥, 반도체기둥 상에 형성된 하드마스크, 반도체기둥의 양측에 각각 형성된 게이트 전극, 게이트 전극이 형성된 방향과 다른 방향으로 형성되고, 또한 반도체 기둥의 양측에 각각 형성된 소오스 전극 및 드레인 전극, 하드마스크의 주위를 둘러싸도록 형성되고, 전기적 신호에 따라 저항값이 변화되는 저항변화물질을 포함하는 저항변화물질층, 저항변화물질층 상에 형성된 금속층을 포함한다.The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 is formed in a direction different from a direction in which a substrate, a semiconductor pillar formed on the substrate, a hard mask formed on the semiconductor pillar, gate electrodes formed on both sides of the semiconductor pillar, and a gate electrode are formed, respectively. Also, the resistance change material layer and the resistance change material layer which are formed to surround the source electrode and the drain electrode formed on both sides of the semiconductor pillar and the hard mask, and the resistance change material is changed in accordance with the electrical signal. It includes a metal layer formed on.
청구항 2에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 1에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 게이트 전극 및 반도체기둥 사이에 각각 형성된 게이트절연층을 더 포함하고, 게이트 절연층의 소정영역이 하드마스크 및 저항변화물질층에 의하여 덮혀져 있다.A nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2 is a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a gate insulating layer formed between the gate electrode and the semiconductor pillar, wherein a predetermined region of the gate insulating layer is hard. It is covered by a mask and a layer of resistance change material.
청구항 3에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 1에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 기판은 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI)으로 형성된다.In the nonvolatile semiconductor memory device of the invention according to claim 3, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the invention according to claim 1, the substrate is formed of an insulating layer embedded silicon (Silicon-On-Insulator, SOI).
청구항 4에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 1에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 하드 마스크는 실리콘 나이트라이드(Si3N4)를 포함한다.The nonvolatile semiconductor memory device of the invention according to claim 4 is the nonvolatile semiconductor memory device according to the invention of claim 1, wherein the hard mask includes silicon nitride (Si 3 N 4 ).
청구항 5에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 1 또는 2에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 저항변화물질층은, 소오스 전극 및 드레인 전극의 소정영역을 덮도록 형성되며, 알루미늄(Al) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 코발트(Co) 산화물 및 바나듐(V) 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함한다.A nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5 is a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or 2, wherein the resistance change material layer is formed so as to cover predetermined regions of the source electrode and the drain electrode, and includes aluminum (Al). ) Oxide, copper (Cu) oxide, nickel (Ni) oxide, titanium (Ti) oxide, hafnium (Hf) oxide, zirconium (Zr) oxide, zinc (Zn) oxide, tungsten (W) oxide, cobalt (Co) oxide And vanadium (V) oxide.
청구항 6에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 1에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 반도체기둥의 폭은, 반도체기둥에서 형성되는 공핍영역의 최대폭보다 크게 형성된다.In the nonvolatile semiconductor memory device of the invention according to claim 6, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first invention, the width of the semiconductor pillar is formed to be larger than the maximum width of the depletion region formed in the semiconductor pillar.
청구항 7에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 1에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 금속층은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 텅스텐(W), 코발 트(Co), 바나듐(V), 에르븀(Er), 백금(Pt) 중 어느 하나를 포함한다.The nonvolatile semiconductor memory device of the invention according to claim 7 is the nonvolatile semiconductor memory device according to the invention of claim 1, wherein the metal layer is aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), or hafnium (Hf). ), Zirconium (Zr), zinc (Zn), tungsten (W), cobalt (Co), vanadium (V), erbium (Er), platinum (Pt).
청구항 8에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 기판 상에 반도체 기둥을 형성하는 제1 단계, 반도체 기둥상에 하드마스크를 증착하는 제2 단계, 반도체기둥의 양측에 각각 게이트 전극을 형성하는 제3 단계, 게이트 전극이 형성된 방향과 다른 방향이고, 또한 반도체 기둥의 양측에 각각 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 제4 단계, 하드마스크의 주위를 둘러싸고, 전기적 신호에 따라 저항값이 변화되는 저항변화물질을 포함하는 저항변화물질층을 형성하는 제5 단계, 저항변화물질층 상에 금속층을 형성하는 제6 단계를 포함한다.In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, the first step of forming a semiconductor pillar on a substrate, the second step of depositing a hard mask on the semiconductor pillar, the gate electrode is formed on both sides of the semiconductor pillar, respectively A third step of forming a source electrode and a drain electrode on both sides of the semiconductor pillar; And a fifth step of forming a resistance change material layer including a resistance change material, and a sixth step of forming a metal layer on the resistance change material layer.
청구항 9에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 8에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 반도체기둥을 열적 산화(thermal oxidation)방법을 통하여 산화하여, 반도체기둥과 게이트전극 사이에 각각 게이트 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 게이트 절연층의 소정영역이 하드마스크 및 저항변화물질층에 의하여 덮혀져있다.In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 9, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, the semiconductor pillar is oxidized by a thermal oxidation method, and the semiconductor pillar and gate Forming a gate insulating layer between the electrodes, wherein a predetermined region of the gate insulating layer is covered by the hard mask and the resistance change material layer.
청구항 10에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 8 또는 9에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 제1 단계는 기판을 식각하여 상기 반도체기둥을 형성하고, 기판은 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI)으로 형성된다.In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8 or 9, wherein the first step is to etch the substrate to form the semiconductor pillar, The insulating layer is formed of silicon-on-insulator (SOI).
청구항 11에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 8에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 하드 마스 크는 실리콘 나이트라이드(Si3N4)를 포함한다.Production method of the inventions non-volatile semiconductor memory device according to claim 11, in the inventions method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, and a hard mask keuneun silicon nitride (Si 3 N 4).
청구항 12에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 8 또는 9에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 제3 단계는, 기판 및 하드마스크 상에 게이트 전극물질을 증착하는 제1 과정, 게이트 전극물질을 화학 기계적 연마 방법을 이용하여 평탄화시키는 제2 과정, 평탄화된 게이트 전극물질을 패터닝하여 각각의 게이트 전극을 형성하는 제3 과정을 포함한다.The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 12 is the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8 or 9, wherein the third step includes depositing a gate electrode material on a substrate and a hard mask. A first process includes a second process of planarizing the gate electrode material using a chemical mechanical polishing method, and a third process of patterning the planarized gate electrode material to form respective gate electrodes.
청구항 13에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 8 또는 9에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 저항변화물질층은, 소오스 전극 및 드레인 전극의 소정영역을 덮도록 형성되며, 알루미늄(Al) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 코발트(Co) 산화물 및 바나듐(V) 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함한다.The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 13 is the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8 or 9, wherein the resistance change material layer covers a predetermined region of the source electrode and the drain electrode. Aluminum oxide, copper (Cu) oxide, nickel (Ni) oxide, titanium (Ti) oxide, hafnium (Hf) oxide, zirconium (Zr) oxide, zinc (Zn) oxide, tungsten (W) oxide , At least one of cobalt (Co) oxide and vanadium (V) oxide.
청구항 14에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 8에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 반도체기둥의 폭은, 반도체기둥에서 형성되는 공핍영역의 최대폭보다 크게 형성된다.In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 14, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, the width of the semiconductor pillar is formed to be larger than the maximum width of the depletion region formed in the semiconductor pillar. .
청구항 15에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 8에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 금속층은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 아 연(Zn), 텅스텐(W), 코발트(Co), 바나듐(V), 에르븀(Er), 백금(Pt) 중 어느 하나를 포함한다.In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 15, the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, wherein the metal layer is aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), titanium ( Ti, hafnium (Hf), zirconium (Zr), zinc (Zn), tungsten (W), cobalt (Co), vanadium (V), erbium (Er), platinum (Pt).
청구항 16에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 기판, 기판 상에 형성된 부유바디셀, 기판 상이고, 또한 부유바디셀 양측에 형성된 소오스 전극 및 드레인 전극, 부유바디셀 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연층 및 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극 상이고, 또한 게이트 전극상에 형성되고, 전기적 신호에 따라 저항값이 변화되는 저항변화물질을 포함하는 저항변화물질층, 저항변화물질층상에 형성된 금속층을 포함한다.The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 16 includes a substrate, a floating body formed on the substrate, a source electrode and a drain electrode formed on both sides of the floating body, a gate insulating layer sequentially formed on the floating body, and And a resistance change material layer formed on the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, and formed on the gate electrode and including a resistance change material whose resistance value changes according to an electrical signal, and a metal layer formed on the resistance change material layer.
청구항 17에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 16에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 기판은 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI)으로 형성된다.A nonvolatile semiconductor memory device of the invention according to claim 17 is a nonvolatile semiconductor memory device according to the invention of claim 16, wherein the substrate is formed of an insulating layer buried silicon (SOI).
청구항 18에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 16에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 저항변화물질층은, 알루미늄(Al) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 코발트(Co) 산화물 및 바나듐(V) 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함한다.The nonvolatile semiconductor memory device of the invention according to claim 18 is the nonvolatile semiconductor memory device according to the invention according to claim 16, wherein the resistance change material layer includes aluminum (Al) oxide, copper (Cu) oxide, nickel (Ni) oxide, and titanium. (Ti) oxide, hafnium (Hf) oxide, zirconium (Zr) oxide, zinc (Zn) oxide, tungsten (W) oxide, cobalt (Co) oxide and vanadium (V) oxide.
청구항 19에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 청구항 16에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자에 있어서, 금속층은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 텅스텐(W), 코발트(Co), 바나듐(V), 에르븀(Er), 백금(Pt) 중 어느 하나를 포함한다.A nonvolatile semiconductor memory device according to claim 19 is a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 16, wherein the metal layer is aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), or hafnium (Hf). ), Zirconium (Zr), zinc (Zn), tungsten (W), cobalt (Co), vanadium (V), erbium (Er), platinum (Pt).
청구항 20에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 기판 상에 부유바디셀을 형성하는 제1 단계, 기판 상이고, 또한 부유바디셀 양측에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 제2 단계, 부유바디셀 상에 순차적으로 게이트 절연층 및 게이트 전극을 형성하는 제3 단계, 소오스 전극 및 상기 드레인 전극 상이고, 또한 게이트 전극상에 전기적 신호에 따라 저항값이 변화되는 저항변화물질을 포함하는 저항변화물질층을 형성하는 제4 단계, 저항변화물질층 상에 금속층을 형성하는 제5 단계를 포함한다.A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20 is a first step of forming a floating body on a substrate, a second step of forming a source electrode and a drain electrode on both sides of the floating body, and floating A third step of sequentially forming a gate insulating layer and a gate electrode on the body cell, a resistance change material including a resistance change material on the source electrode and the drain electrode, and the resistance value of the gate electrode being changed according to an electrical signal; A fourth step of forming a layer, and a fifth step of forming a metal layer on the resistance change material layer.
청구항 21에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 20에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 기판은 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI)으로 형성된다.In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, in the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention according to claim 20, the substrate is formed of an insulating layer embedded silicon (Silicon-On-Insulator, SOI).
청구항 22에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 20에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 제4 단계는, 화학기상성장법(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering) 또는 원자층증착(Atomic Layer Deposition) 방법 중 어느 하나를 이용하여 저항변화물질층을 형성하고, 저항변화물질층은, 알루미늄(Al) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 코발트(Co) 산화물 및 바나듐(V) 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함한다.The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 22 is the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20, wherein the fourth step includes a chemical vapor deposition method and a sputtering method. Alternatively, the resistive change material layer may be formed using any one of atomic layer deposition methods, and the resistive change material layer may include aluminum (Al) oxide, copper (Cu) oxide, nickel (Ni) oxide, and titanium ( Ti) oxide, hafnium (Hf) oxide, zirconium (Zr) oxide, zinc (Zn) oxide, tungsten (W) oxide, cobalt (Co) oxide and vanadium (V) oxide.
청구항 23에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법은, 청구항 20에 관한 발명인 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 금속층은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 텅스텐(W), 코발트(Co), 바나듐(V), 에르븀(Er), 백금(Pt) 중 어느 하나를 포함한다.In the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 23, the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 20, wherein the metal layer includes aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), titanium ( Ti, hafnium (Hf), zirconium (Zr), zinc (Zn), tungsten (W), cobalt (Co), vanadium (V), erbium (Er), platinum (Pt).
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자에 의하면, 저항변화물질을 이용하여, 전원 공급시에는 고속 동작이 가능하고, 전원 공급이 중단되더라도 저장된 데이터를 지속적으로 유지할 수 있다.As described above, according to the nonvolatile memory device according to the present invention, by using the resistance change material, high-speed operation is possible at the time of power supply, and the stored data can be continuously maintained even if the power supply is stopped.
또한, 디램 및 비휘발성 반도체 메모리 소자로서의 기능을 선택적으로 행할 수 있다.In addition, functions as DRAMs and nonvolatile semiconductor memory devices can be selectively performed.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Specific matters other than the problem to be solved, the problem solving means, and the effects of the present invention as described above are included in the following embodiments and the drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are only described in order to more easily disclose the contents of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the scope of the accompanying drawings that will be readily available to those of ordinary skill in the art. You will know.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자를 나타낸 도면이고, 도 2a 내지 2g 는 도 1에서 도시된 비휘발성 반도체 메모리 소자를 공정순서에 따라 A-A' 방향으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자가 디램 동작을 하는 경우의 그 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자가 비휘발성 메모리 동작을 하는 경우의 그 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, Figures 2a to 2g is a view showing the nonvolatile semiconductor memory device shown in Figure 1 in the AA 'direction in the process order, 3 is a diagram illustrating an operation of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention when a DRAM operation is performed. FIG. 4 is a diagram illustrating a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. It is a figure for explaining the operation in the case of performing a memory operation.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 기판(100), 기판(100) 상에 형성된 반도체기둥(110), 반도체기둥(110) 상에 형성된 하드마스크(120), 반도체기둥(110)의 양측에 각각 형성된 게이트 전극(140), 게이트 전극(140)이 형성된 방향과 다른 방향으로 형성되고, 또한 반도체 기둥의 양측에 각각 형성된 소오스 전극(150) 및 드레인 전극(160), 하드마스크(120)의 주위를 둘러싸도록 형성되고, 전기적 신호에 따라 저항값이 변화되는 저항변화물질을 포함하는 저항변화물질층(170), 저항변화물질층(170) 상에 형성된 금속층(180)을 포함한다. 이하, 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자를 구성하는 기판(100), 반도체기둥(110), 하드마스크(120), 게이트 전극(140), 소오스 전극(150) 및 드레인 전극(160), 저항변화물질층(170), 금속층(180)에 대하여 도 2 내지 도 4에서 상세하게 설명하기로 한다.As shown in FIG. 1, a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present disclosure may include a
도 2a 내지 2g 는 도 1에서 도시된 비휘발성 반도체 메모리 소자를 공정순서에 따라 A-A' 방향으로 나타낸 도면이다.2A through 2G are diagrams illustrating the nonvolatile semiconductor memory device illustrated in FIG. 1 in the direction A-A 'according to a process sequence.
도 2(a)에서 도시된 바와 같이, 우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자는 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI)을 사용한다. 여기서, 절연층 매몰 실리콘은 실리콘층(미도시), 실리콘층 상에 형성된 절연층(100, 이하, '기판'이라 한다), 절연층(100) 상에 형성된 실리콘층(110)으로 구성되어 있다. 그리고, 실리콘 층(110) 상에 하드마스크(120)가 증착된다. 이때, 하드마스크(120)는 화학 기계적 연마(CMP)공정 시 형성되는 반도체기둥을 보호하기 위하여 실리콘 나이트라이드(Si3N4)를 이용하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 2A, first, a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention uses an insulating layer embedded silicon (SOI). Here, the insulating layer buried silicon is composed of a silicon layer (not shown), an insulating layer 100 (hereinafter, referred to as a substrate) formed on the silicon layer, and a
도 2(b)에 나타난 바와 같이, 하드마스크(120)와 실리콘층(110)을 식각하여 주면, 기판(100)상에 반도체기둥(110)이 형성된다. 이때, 반도체기둥(110)의 폭(W1)은, 소자 구동 시 반도체기둥(110)에서 형성되는 공핍영역의 최대폭보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 반도체기둥(110)은 공핍영역의 최대 두께보다 두꺼운 폭을 갖는다. 여기서, 공핍영역은 도 2(d)에 나타난 게이트전극(140)과 인접한 영역에 발생되는 영역으로서, 이 공핍영역의 최대 두께보다 반도체기둥(110)의 두께가 얇은 경우, 반도체기둥(110) 전체가 공핍되고, 공핍된 영역에서는 새롭게 형성되는 정공들이 바로 재결합되어 사라져 버리기 때문에, 반도체기둥(110)은 부분적 공핍영역이 형성되도록 충분한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 반도체기둥(110)은 소자 구동 시 부분 공핍되어, 전위차가 가장 낮은 반도체기둥 중심 영역에서 정공을 축적할 수 있게 된다. As shown in FIG. 2B, when the
도 2(c)에서 나타난 바와 같이, 반도체기둥(110)을 열적 산화(thermal oxidation)방법을 통해 산화시키면, 반도체기둥(110) 측면에 게이트절연층(130)이 형성된다.As shown in FIG. 2C, when the
그런 다음, 도 2(d)에 나타난 바와 같이, 게이트 전극(140)으로 사용할 물질을 소자 전체에 증착한 후, 화학 기계적 연마(CMP)방법을 이용해 평탄화시킨다. 이때, 게이트 전극(140)으로 사용할 물질이 평탄화된 게이트 물질층(미도시)이 형성되고, 게이트 물질층을 통상적인 리소그래피 방법을 이용하여 패터닝하게 되면, 두 개의 분리된 게이트 전극(140)이 형성된다. Then, as shown in FIG. 2 (d), a material to be used as the
또한, 도 2(e)에 나타난 바와 같이, 반도체 기둥(110)의 양측에 소오스 전극(150)과 드레인 전극(160)을 형성한다. 여기서, 반도체기둥(110)은 게이트 전극(140)이 형성된 방향과 다른 방향으로 형성된다. 한편, 소오스 전극(150)과 드레인 전극(160)의 위치는 도 2(e)에 나타난 바와 같이 게이트 전극(140)이 형성된 방향과 수직인 방향에 한정되지 않고 이와 다른 방향에 위치될 수도 있다. 그리고, 반도체기둥(110)의 양측에 형성된 소오스 전극(150)과 드레인 전극(160)은 확산(diffusion) 또는 이온주입(ion implantation) 공정과 후속 열처리 공정을 통해 형성될 수 있다. 즉, 확산 또는 이온주입 공정을 통하여 원하는 불순물(예를 들면, p-type으로는 Boron, Indium, n-type 으로는 Phosphohorus, Arsenic 등의 불순물을 사용)을 소오스 전극 및 드레인 전극 영역에 주입한 후, 후속적인 열처리를 통하여 불순물을 활성화시키게 되면, 원하는 n-type 또는 p-type 영역이 형성되게 된다. 이때 게이트 전극(140), 소오스 전극(150) 및 드레인 전극(160)은 같은 농도로 불순물이 주입되게 된다.In addition, as shown in FIG. 2E, the
그런 다음, 도 2(f)에 나타난 바와 같이, 전기적 신호에 따라 저항 값이 변화되는 저항변화물질층(170)을 형성한다. 이때, 저항변화물질층(170)의 일부분은 반드시 비휘발성 메모리 동작을 위해 소오스 전극(150)과 드레인 전극(160)의 상부에 존재해야 한다. 여기서, 저항변화물질층(170)은 알루미늄(Al) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 코발트(Co) 산화물 에르븀(Er) 산화물 및 바나듐(V) 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함하여 증착될 수 있다. 저항변화물질층(170)을 증착하는 방법으로는, 화학기상성장법(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering) 또는 원자층증착(Atomic Layer Deposition) 방법 등이 이용된다. 저항변화물질층(170)은 대부분 금속 산화물로서 절연체 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 인가되는 특정 전압에 따라 물질의 저항값이 변화되는 특성을 갖는다. 즉, 저항변화물질은 금속 산화물로서 절연성을 갖고 있지만, 특정 전압이 인가되는 경우, 물질의 절연성을 잃고 저항값이 낮아지는 특성을 갖는다. 여기서, 저항변화물질은 인가되는 특정 전압이 제거되더라도, 변화된 저항값을 지속적으로 유지할 수 있다. 그리고, 다시 특정 전압이 인가되는 경우, 낮아진 저항값이 변화되어 원래의 절연성을 갖게 된다.Then, as shown in Figure 2 (f), to form a resistance
도 2(g) 에 나타난 바와 같이, 저항변화물질층(170) 상에 금속층(180)을 형성한다. 이때, 금속층(180)의 영역은 저항변화물질층(170)과 동일한 것이 바람직하다. 여기서, 금속층(180)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 텅스텐(W), 코발트(Co), 바나듐(V), 에르븀(Er), 백금(Pt) 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 2 (g), the
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자의 구동방식에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a driving method of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
먼저, 비휘발성 반도체 메모리 소자는 전원 공급시에는 게이트 전극(140)과 드레인 전극(160)에 구동 전압이 인가되어, 도 3에서 도시된 바와 같이, 충돌 이온화 효과에 의해 드레인 전극(160) 쪽의 반도체기둥(110)에서 초과 정공(190)들이 생성되게 된다. 생성된 초과 정공(190)들은 절연층(100)에 막혀 빠져나갈 곳이 없게 되고, 반도체기둥(110)에 전위차가 가장 낮은 반도체기둥 중심영역에 모이게 된다. 이에 따라, 축적된 정공(190)을 갖는 메모리 소자는 반도체기둥(110) 내에 정공(190)이 없을 때의 메모리 소자와 문턱전압 및 전류레벨에 대한 차이를 갖게 된다. 따라서, 비휘발성 반도체 메모리 소자는 반도체기둥(110) 내의 정공(190) 유무에 따른 문턱전압 및 전류레벨의 차이를 이용하여 '0' 또는 '1'과 같은 비트 단위의 데이터를 구분하여 동작할 수 있게 된다. First, a driving voltage is applied to the
한편, 전원 공급이 끊긴 경우에는, 비휘발성 반도체 메모리 소자로서 동작하게 된다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 금속층(180)와 소오스 전극(150) 및 드레인 전극(160)에 특정값 이상의 전압이 인가되는 경우, 저항변화물질층(170)을 구성하는 저항변화물질의 저항값이 변하게 된다. 여기서, 변화된 저항변화물질층(170)의 저항값은 인가되던 특정값 이상의 전압이 제거되더라도 지속적으로 유지될 수 있다. 그리고, 다시 특정값 이상의 전압이 인가되는 경우, 변화된 저항값은 특정값 이상의 전압을 인가하기 이전의 원래 값으로 돌아갈 수 있게 된다. 또한, 이러한 저항변화는 국부적인 영역에서만 발생하는 것이기 때문에, 소오스 전극(150) 쪽과 가까운 저항변화물질층(170)과 드레인 전극(160) 쪽에 가까운 저항변화물질층(170)의 저항만이 변하게 된다. 이에 따라, 메모리 소자는 저항변화물질층(170)의 변화되는 저항값의 차이를 이용하여 '00', '01', '10', '11'과 같은 한 소자 안에서 2bit 단위의 데이터를 저장하여 지속적으로 유지할 수 있다. On the other hand, when the power supply is cut off, it operates as a nonvolatile semiconductor memory element. As shown in FIG. 4, when a voltage of a specific value or more is applied to the
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자에 대해 설명한다.Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자가 비휘발성 메모리 동작을 하는 경우와 디램동작을 하는 경우의 그 동작을 설명하기 위한 도면이다.5A to 5B are views for explaining a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 illustrates a nonvolatile memory device according to another embodiment of the present invention. Is a diagram for explaining the operation during the DRAM operation and the DRAM operation.
도 5a에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자는, 통상적인 절연층 매몰 실리콘(Silicon-On-Insulator, SOI) 기판(100), 기판(100) 상에 형성된 트랜지스터(110, 130~160), 트랜지스터(110, 130~160) 상에 증착된 저항변화물질층(170)을 포함한다. 여기서, 저항변화물질층(170)은 알루미늄(Al) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 티탄(Ti) 산화물, 하프늄(Hf) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 코발트(Co) 산화물 에르븀(Er) 산화물 및 바나듐(V) 산화물 중 하나 이상을 포 함하여 증착될 수 있다. 저항변화물질층(170)을 증착하는 방법으로는, 화학기상성장법(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering) 또는 원자층증착(Atomic Layer Deposition) 방법 등이 이용된다. 저항변화물질층(170)는 대부분 금속 산화물로써 절연체 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 인가되는 특정 전압에 따라 물질의 저항값이 변화되는 특성을 갖는다. 즉, 저항변화물질은 금속 산화물로써 절연성을 갖고 있지만, 특정 전압이 인가되는 경우, 물질의 절연성을 잃고 저항값이 낮아지는 특성을 갖는다. 여기서, 저항변화물질은 인가되는 특정 전압이 제거되더라도, 변화된 저항값을 지속적으로 유지할 수 있다. 그리고, 다시 특정 전압이 인가되는 경우, 낮아진 저항값이 변화되어 원래의 절연성을 갖게 된다.As shown in FIG. 5A, a nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention may include a conventional insulating layer embedded silicon (SOI)
그런 다음, 도 5b에 나타난 바와 같이, 저항변화물질층(170) 상에 금속층(180)을 형성한다. 금속층(180)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 텅스텐(W), 코발트(Co), 바나듐(V), 에르븀(Er), 백금(Pt) 중 하나로 형성된 것이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 5B, the
이하에서는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자의 구동방식에 대해 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a driving method of a nonvolatile semiconductor memory device according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.
먼저, 비휘발성 반도체 메모리 소자는 전원 공급시에는 게이트와 드레인에 구동 전압이 인가되고, 도 6에서 도시된 바와 같이, 충돌 이온화 효과에 의해 드레인 전극(160) 쪽의 부유바디셀(110)에서 초과 정공(190)들이 생성되게 된다. 생성된 초과 정공(190)들은 절연층에 막혀 빠져나갈 곳이 없어 부유바디셀(110)에 전위 차가 가장 낮은 반도체기둥 중심영역에 모이게 된다. 이에 따라, 축적된 정공(190)을 갖는 메모리 소자는 부유바디셀(110) 내에 정공(190)이 없을 때의 메모리 소자와 문턱전압 및 전류레벨에 대한 차이를 갖게 된다. 따라서, 비휘발성 반도체 메모리 소자는 부유바디셀(110) 내의 정공(190) 유무에 따른 문턱전압 및 전류레벨의 차이를 이용하여 '0' 또는 '1'과 같은 비트 단위의 데이터를 구분하여 동작할 수 있게 된다. First, in the non-volatile semiconductor memory device, a driving voltage is applied to the gate and the drain when the power is supplied. As shown in FIG. 6, the non-volatile semiconductor memory device is exceeded in the floating
한편, 전원 공급이 끊긴 경우에는, 비휘발성 반도체 메모리 소자로서 동작하게 된다. 금속층(180)과 소오스 전극(150) 및 드레인 전극(160)에 특정값 이상의 전압이 인가되는 경우, 저항변화물질층(170)을 구성하는 저항변화물질의 저항값이 변하게 된다. 여기서, 변화된 저항변화물질층(170)의 저항값은 인가되던 특정값 이상의 전압이 제거되더라도 지속적으로 유지 될 수 있다. 그리고, 다시 특정값 이상의 전압이 인가되는 경우, 변화된 저항값은 특정값 이상의 전압을 인가하기 이전의 원래 값으로 돌아갈 수 있게 된다. 또한, 이러한 저항변화는 국부적인 영역에서만 발생하는 것으로 알려져 있기 때문에, 소오스 전극(150) 쪽과 가까운 저항변화물질층(170)과 드레인 전극(160) 쪽에 가까운 저항변화물질층(170)의 저항만이 변하게 된다. 이에 따라, 메모리 소자는 저항변화물질층(170)의 변화되는 저항값의 차이를 이용하여 '00', '01', '10', '11'과 같은 한 소자 안에서 2bit 단위의 데이터를 저장하여 지속적으로 유지할 수 있다.On the other hand, when the power supply is cut off, it operates as a nonvolatile semiconductor memory element. When a voltage of a specific value or more is applied to the
따라서, 본 발명에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자는 구동 전압이 인가되는 경우, 디램과 같이 고속 동작이 가능할 뿐만 아니라, 구동 전압이 꺼진 후에도 저항변화물질을 이용하여 데이터를 저장하거나 영구적으로 유지할 수 있게 된다. 또한, 디램 및 비휘발성 메모리 소자로서 기능을 선택적으로 수행할 수 있게 된다.Therefore, when the driving voltage is applied, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention not only enables high-speed operation like a DRAM but also stores or permanently stores data using the resistance change material even after the driving voltage is turned off. . In addition, it is possible to selectively perform functions as DRAM and nonvolatile memory devices.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 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 embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above 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 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자를 나타낸 도면.1 illustrates a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 2g 는 도 1에서 도시된 비휘발성 반도체 메모리 소자를 공정순서에 따라 A-A' 방향으로 나타낸 도면.2A to 2G are diagrams illustrating the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 1 in the A-A 'direction according to a process sequence;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자가 디램 동작을 하는 경우의 그 동작을 설명하기 위한 도면.3 is a diagram for describing an operation of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention when a DRAM operation is performed.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자가 비휘발성 메모리 동작을 하는 경우의 그 동작을 설명하기 위한 도면.4 is a diagram for describing an operation of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention when the nonvolatile memory device operates.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면.5A to 5B are views for explaining a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 반도체 메모리 소자가 비휘발성 메모리 동작을 하는 경우와 디램동작을 하는 경우의 그 동작을 설명하기 위한 도면.FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of a nonvolatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention when performing a nonvolatile memory operation and a DRAM operation. FIG.
******** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **************** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ********
100: 절연층100: insulation layer
110: 반도체기둥110: semiconductor pillar
120: 하드마스크120: hardmask
130: 게이트 절연층130: gate insulating layer
140: 게이트 전극140: gate electrode
150: 소오스 전극150: source electrode
160: 드레인 전극160: drain electrode
170: 저항변화물질층170: resistance change material layer
180: 금속층180: metal layer
190: 정공190: hole
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