KR102057105B1 - Semiconductor device and operating method thereof - Google Patents

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KR102057105B1 KR1020130043727A KR20130043727A KR102057105B1 KR 102057105 B1 KR102057105 B1 KR 102057105B1 KR 1020130043727 A KR1020130043727 A KR 1020130043727A KR 20130043727 A KR20130043727 A KR 20130043727A KR 102057105 B1 KR102057105 B1 KR 102057105B1
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박성근
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00

Abstract

본 기술은 반대되는 특성을 동시에 충족시킬 수 있는 반도체 장치 및 그 동작방법을 제공하며, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 다수의 트랜지스터를 포함하는 기판; 및 상기 기판에 접하여 형성된 압전체를 포함하고, 상기 압전체는 상기 트랜지스터와 수평한 방향으로 형성할 수 있다. 본 기술은 소자에 압전체를 부착함으로써, 압전체의 전압 인가유무에 따라 저전력모드와 고속모드를 동시에 만족하는 소자를 형성할 수 있다.The present technology provides a semiconductor device and a method of operating the same that can simultaneously satisfy the opposite characteristics, the semiconductor device according to the present embodiment includes a substrate including a plurality of transistors; And a piezoelectric body formed in contact with the substrate, wherein the piezoelectric body may be formed in a direction parallel to the transistor. In the present technology, by attaching a piezoelectric element to an element, it is possible to form an element that satisfies a low power mode and a high speed mode at the same time depending on whether the piezoelectric material is applied.

Description

반도체장치 및 그의 제어방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}Semiconductor device and its control method {SEMICONDUCTOR DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 실시예는 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 압전체를 포함하는 반도체 장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
The present embodiment relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a semiconductor device including a piezoelectric body and a control method thereof.

일반적으로 고속 작동 또는 저전력 구동 등의 특성(application)이 결정되면 반도체 소자 역시 그에 해당하는 최적화된 특성을 가질 필요성이 있다.Generally, when an application such as high speed operation or low power driving is determined, the semiconductor device also needs to have an optimized characteristic corresponding thereto.

예를 들어, 동일 기술(technology) 내에서도 메인 소자(main device)의 문턱전압(Vt) 및 전류(current)를 범용(GP, General Purpose), 저전력(LP, Low Power) 또는 고속동작(LV, high performance Low Voltage) 등으로 소자 특성을 제어할 수 있다. 또한, 각 특성 내에서도 문턱전압에 따라 Low, Medium, Standard, High, Ultra high 등으로 분류가 더욱 세분화되며, 이에 따른 소자를 형성하고 있다.For example, even within the same technology, the threshold voltage Vt and the current of the main device may be used for general purpose (GP), low power (LP, low power), or high speed operation (LV, high). device characteristics can be controlled. Also, within each characteristic, the classification is further subdivided into low, medium, standard, high, and ultra high according to threshold voltages, thereby forming devices.

즉, 각각의 반도체 소자들은 필요한 용도에 맞추어 문턱전압 및 전류가 결정되는데, 저전력 특성을 선택하면 동작속도(performance)가 떨어지고, 동작속도를 높이기 위해서는 파워의 소모량을 증가시켜야 하는 문제점이 있다.That is, each of the semiconductor devices has a threshold voltage and a current determined according to a required use. When the low power characteristic is selected, the performance drops, and the power consumption is increased to increase the operation speed.

위와 같이, 종래 기술에 따른 반도체 소자는 트레이드 오프(trade off) 관계에 있는 특성을 모두 충족시키기 어려운 문제점이 있다.
As described above, the semiconductor device according to the related art has a problem in that it is difficult to satisfy all of the characteristics in a trade off relationship.

본 실시예는 반대되는 특성을 동시에 충족시킬 수 있는 반도체 장치 및 그 동작방법을 제공한다.
This embodiment provides a semiconductor device and an operation method thereof that can simultaneously satisfy opposite characteristics.

본 실시예에 따른 반도체 장치는 다수의 트랜지스터를 포함하는 기판; 및 상기 기판에 접하여 형성된 압전체를 포함하고, 상기 압전체는 상기 트랜지스터와 수평한 방향으로 형성될 수 있다.A semiconductor device according to the present embodiment includes a substrate including a plurality of transistors; And a piezoelectric body formed in contact with the substrate, wherein the piezoelectric body may be formed in a direction parallel to the transistor.

특히, 상기 기판은 패키징 공정이 완료된 반도체 칩을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판은 에스램(SRAM), 플래시(Flash), 디램(DRAM), 디지털 로직(Digital Logic) 및 컨버터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.In particular, the substrate may include a semiconductor chip having a packaging process completed. In addition, the substrate may include any one selected from the group consisting of SRAM, Flash, DRAM, Digital Logic, and Converter.

또한, 상기 기판은 상기 트랜지스터의 게이트 전극이 한쪽 방향으로 고정 배열된 소자를 포함할 수 있다.In addition, the substrate may include a device in which the gate electrode of the transistor is fixedly arranged in one direction.

또한, 상기 압전체는 강유전체 세라믹, 압전 단결정 및 아연산화막으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 포함할 수 있고, 상기 압전체는 PZT(Pb(Ti, Zr)O3, 티탄산 지르코산연), PbTiO3(티탄산연) 및 BaTiO3(티탄산 바륨)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 강유전체 세라믹을 포함할 수 있다.Also, the piezoelectric body may include one material selected from the group consisting of ferroelectric ceramics, piezoelectric single crystal and zinc oxide, the piezoelectric body PZT (Pb (Ti, Zr) O 3, titanate zirconate sanyeon), PbTiO 3 (Lead titanate) and BaTiO 3 (barium titanate) may include any one ferroelectric ceramic selected from the group consisting of.

또한, 상기 기판은 제어부 및 비교부를 포함하는 소자로 구성될 수 있고, 상기 기판은 제어부, 비교부 및 센싱부를 포함하는 소자로 구성될 수 있다.In addition, the substrate may be configured as an element including a control unit and a comparison unit, and the substrate may be configured as an element including a control unit, a comparison unit, and a sensing unit.

본 실시예에 따른 반도체 장치는 다수의 엔모스 트랜지스터 및 피모스 트랜지스터를 포함하는 기판; 및 상기 기판에 접하여 형성된 압전체를 포함하고, 상기 압전체는 적어도 상기 피모스 트랜지스터와 수평한 방향으로 형성될 수 있다.In an embodiment, a semiconductor device may include: a substrate including a plurality of NMOS transistors and a PMOS transistor; And a piezoelectric body formed in contact with the substrate, wherein the piezoelectric body may be formed at least in a direction parallel to the PMOS transistor.

특히, 상기 엔모스 트랜지스터는 풀다운 트랜지스터와 패스 트랜지스터를 포함하고, 상기 피모스 트랜지스터는 풀업 트랜지스터를 포함할 수 있다.In particular, the NMOS transistor may include a pull-down transistor and a pass transistor, and the PMOS transistor may include a pull-up transistor.

또한, 상기 기판은 I 타입의 활성영역을 포함할 수 있고, 이때 상기 풀다운 트랜지스터, 풀업 트랜지스터 및 패스 트랜지스터는 동일한 방향으로 배치될 수 있다.In addition, the substrate may include an I-type active region, wherein the pull-down transistor, the pull-up transistor, and the pass transistor may be disposed in the same direction.

또한, 상기 기판은 O 타입의 활성영역을 포함할 수 있고, 상기 풀다운 트랜지스터 및 풀업 트랜지스터는 동일한 방향으로 배치되고, 상기 패스 트랜지스터는 상기 풀다운 트랜지스터 및 풀업 트랜지스터와 수직한 방향으로 배치될 수 있다.In addition, the substrate may include an active region of type O, the pull-down transistor and the pull-up transistor may be disposed in the same direction, and the pass transistor may be disposed in a direction perpendicular to the pull-down transistor and the pull-up transistor.

본 실시예에 따른 반도체 장치의 제어 방법은 소자, 제어부, 비교부 및 압전체를 포함하는 반도체 장치를 형성하는 단계; 상기 제어부에 외부명령을 입력하는 단계; 상기 제어부에서 상기 압전체에 전압을 인가하는 단계; 상기 압전체에서 상기 소자에 응력을 인가하는 단계; 상기 소자의 동작 속도를 비교하는 단계; 상기 제어부에 신호를 전달하는 단계를 포함할 수 있다.A method of controlling a semiconductor device according to the present embodiment includes forming a semiconductor device including an element, a controller, a comparator, and a piezoelectric body; Inputting an external command to the controller; Applying a voltage to the piezoelectric body in the control unit; Applying a stress to the device in the piezoelectric body; Comparing operating speeds of the devices; And transmitting a signal to the controller.

특히, 상기 반도체 장치는 상기 소자의 온도를 측정하는 센싱부를 더 포함하고, 상기 소자의 동작 속도를 비교하는 단계와 동시에 상기 소자의 온도를 측정하는 단계를 진행할 수 있다.
In particular, the semiconductor device may further include a sensing unit measuring a temperature of the device, and comparing the operating speed of the device and simultaneously measuring the temperature of the device.

본 기술은 소자에 압전체를 부착함으로써, 압전체의 전압 인가유무에 따라 저전력모드와 고속모드를 동시에 만족하는 소자를 형성할 수 있다.
In the present technology, by attaching a piezoelectric element to an element, it is possible to form an element that satisfies a low power mode and a high speed mode simultaneously depending on whether or not a voltage is applied to the piezoelectric body.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 전압에 따른 압전체의 상태 변화도이다.
도 3a 및 도 3b는 에스램(SRAM)의 셀 어레이 레이아웃(Cell Array layout)을 나타내는 배치도이다.
도 4a 및 도 4b는 게이트와 응력의 방향에 따른 각 소자의 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시에예 따른 반도체 장치의 동작 방법을 나타내는 블럭도이다.
1 is a perspective view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are state diagrams of piezoelectric bodies according to voltage.
3A and 3B are layout views illustrating a cell array layout of an SRAM.
4A and 4B are graphs illustrating changes in characteristics of each device according to gate and stress directions.
5A and 5B are block diagrams illustrating a method of operating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 실시예의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present embodiment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2a 내지 도 2c는 전압에 따른 압전체의 상태 변화도이다.1 is a perspective view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 2A to 2C are state diagrams of piezoelectric bodies according to voltage.

도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 트랜지스터(혹은, 게이트)를 포함하는 기판(12)에 압전체(11)를 부착한다. 그리고, 압전체(11)의 양단에 전압을 인가한다. 인가된 전압에 따라 압전체(11)에 변위(Strain)가 발생하며, 압전체(11)의 변형을 통해 기판(12)에 응력이 인가된다. 기판(12)은 응력에 의해 동작 특성이 변화되는데, 게이트에 수직한 방향의 응력은 엔모스(NMOS)와 피모스(PMOS)에서 각각 반대방향으로 작용되며, 게이트에 수평한 방향의 응력은 엔모스와 피모스에서 모두 동일하게 작용된다. 피모스 게이트는 압전체(11)와 수평한 방향으로 배치될 수 있다.As shown in FIG. 1, the piezoelectric body 11 is attached to a substrate 12 including a plurality of transistors (or gates). Then, a voltage is applied to both ends of the piezoelectric body 11. Strain occurs in the piezoelectric body 11 according to the applied voltage, and stress is applied to the substrate 12 through deformation of the piezoelectric body 11. The operating characteristics of the substrate 12 are changed by stress, and the stress in the direction perpendicular to the gate acts in opposite directions in NMOS and PMOS, and the stress in the direction parallel to the gate is It works the same in both Moss and Pymos. The PMOS gate may be disposed in a direction parallel to the piezoelectric body 11.

따라서, 기판(12)은 게이트의 방향이 한쪽으로 고정된 소자를 포함할 수 있다. 기판(12)은 패키징 공정이 완료된 반도체 칩(chip)을 포함할 수 있다. 기판(12)은 에스램(SRAM), 플래시(Flash), 디램(DRAM), 디지털 로직(Digital Logic) 및 컨버터(예컨대, 파워 트랜지스터가 동일한 방향으로 배치된 DC-DC 컨버터)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 소자를 포함할 수 있다. 특히, 플래시(Flash), 디램(DRAM), 디지털 로직(Digital Logic) 및 컨버터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 소자는 게이트 방향이 한쪽으로 고정된 소자를 포함할 수 있다. 에스램은 I 타입 또는 O 타입의 에스램을 포함할 수 있다. 게이트의 방향과 스트레인(Strain) 방향과의 관계에 대하여는 후속 도 3a 및 도 3b에서 자세히 설명하기로 한다. Accordingly, the substrate 12 may include a device in which the direction of the gate is fixed to one side. The substrate 12 may include a semiconductor chip in which a packaging process is completed. The substrate 12 is selected from the group consisting of SRAM, Flash, DRAM, Digital Logic, and a converter (eg, a DC-DC converter with power transistors arranged in the same direction). It may include any one device. In particular, any one device selected from the group consisting of flash, DRAM, digital logic, and converter may include a device having a gate direction fixed to one side. The SRAM may include an I type or an O type SRAM. The relationship between the gate direction and the strain direction will be described in detail with reference to FIGS. 3A and 3B.

압전체(11, Piezo electric)는 기계적 변형(Strain)을 가하면 전압이 발생하며, 전압을 가하면 팽창 또는 수축 등의 기계적 변이가 발생하는 물질을 포함할 수 있다. 압전체(11)는 강유전체 세라믹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 강유전체 세라믹은 PZT(Pb(Ti, Zr)O3, 티탄산 지르코산연), PbTiO3(티탄산연) 및 BaTiO3(티탄산 바륨)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 압전체(11)는 압전 단결정(예컨대, Quartz(쿼츠)) 또는 아연산화막(ZnO) 등을 포함할 수 있다. 또한, 압전체(11)는 이에 한정되지 않으며, 입력 전기에 대한 출력 역학 에너지가 큰 모든 압전 물질을 포함할 수 있다. The piezoelectric body 11 may include a material in which a voltage is generated when a mechanical strain is applied, and a mechanical change such as expansion or contraction occurs when the piezoelectric body is applied. The piezoelectric body 11 may include a ferroelectric ceramic. For example, the ferroelectric ceramic may include any one selected from the group consisting of PZT (Pb (Ti, Zr) O 3 , lead zirconate titanate), PbTiO 3 (lead titanate), and BaTiO 3 (barium titanate). In addition, the piezoelectric body 11 may include a piezoelectric single crystal (eg, quartz) or a zinc oxide film (ZnO). In addition, the piezoelectric body 11 is not limited thereto, and may include all piezoelectric materials having a large output dynamic energy with respect to the input electricity.

압전체(11)는 도 2a와 같이 전압이 인가되지 않은 보통 상태와, 전압이 인가됨으로써 도 2b와 같이 압축되거나 도 2c와 같이 늘어나는 기계적 변이가 발생할 수 있다. The piezoelectric body 11 may be in a normal state in which no voltage is applied, as shown in FIG. 2A, and may be mechanically compressed as shown in FIG. 2B or stretched as shown in FIG. 2C by applying the voltage.

압전체(11)에 전압을 인가하여 기판(12)에 게이트와 평행한 방향으로 인장응력(tensile stress)을 가하면 엔모스와 피모스 모두 전류가 증가되므로 소자의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. 한편, 압전체(11)에 전압을 인가하지 않으면 기판(12)에 응력이 가해지지 않으므로 소자에 작은 전류(current)가 흐르게 되고, 따라서 누설전류(leakage current) 또한 감소시킬 수 있다.When a voltage is applied to the piezoelectric body 11 and a tensile stress is applied to the substrate 12 in a direction parallel to the gate, the current increases in both the NMOS and the PMOS, thereby improving the operation speed of the device. On the other hand, if a voltage is not applied to the piezoelectric body 11, since no stress is applied to the substrate 12, a small current flows in the device, thus reducing leakage current.

결국, 압전체(11)에 전압 인가 유무에 따라 동일한 소자를 사용하는 칩을 제조하는 경우에도 고속동작과 저전류 모드로 각각 작동이 가능하다. 더욱이, 소자 형성시 전압이 인가되지 않을 때를 저속동작 모드로 설정하는 경우, 스탠바이(standby) 상태에서 누설전류를 감소시킬 수 있으므로 대기 전력 소모를 줄일 수 있다. 기판(12)의 동작 특성 제어를 위한 압전체(11)의 전압 조절 방법은 후속 도 4a 및 도 4b에서 자세히 설명하기로 한다.As a result, even in the case of manufacturing a chip using the same device depending on whether or not a voltage is applied to the piezoelectric body 11, the high speed operation and the low current mode can be operated respectively. Furthermore, when setting the device to form a low speed operation mode when no voltage is applied, the leakage current can be reduced in a standby state, thereby reducing standby power consumption. The method of controlling the voltage of the piezoelectric body 11 for controlling the operating characteristics of the substrate 12 will be described in detail later with reference to FIGS. 4A and 4B.

도 1에서는 기판(12)과 비교하여 압전체(11)가 크게 도시되었으나, 기판(12)과 압전체(11)의 크기는 필요에 따라 얼마든지 조절이 가능하다. 또한, 도 1에서는 기판(12) 하부에 압전체(11)가 부착되어 있으나, 기판(12)과 압전체(11)의 부착위치는 필요에 따라 얼마든지 조절이 가능하다.
In FIG. 1, the piezoelectric body 11 is larger than the substrate 12, but the size of the substrate 12 and the piezoelectric body 11 may be adjusted as necessary. In addition, although the piezoelectric body 11 is attached to the lower part of the board | substrate 12 in FIG. 1, the attachment position of the board | substrate 12 and the piezoelectric body 11 can be adjusted as needed.

도 3a 및 도 3b는 에스램(SRAM)의 셀 어레이 레이아웃(Cell Array layout)을 나타내는 배치도이다. 도 3a는 I 타입 즉, 바(bar) 타입 에스램의 셀 어레이에 관한 배치도이며, 도 3b는 O 타입 에스램의 셀 어레이에 관한 배치도이다. 설명의 편의를 위해, 제1방향은 도면의 종방향을 가정하고, 제2방향은 도면의 횡방향을 가정하여 설명하기로 한다.3A and 3B are layout views illustrating a cell array layout of an SRAM. FIG. 3A is a layout diagram of a cell array of an I type, that is, a bar type SRAM, and FIG. 3B is a layout diagram of a cell array of an O type SRAM. For convenience of description, the first direction assumes the longitudinal direction of the drawings, and the second direction assumes the transverse direction of the drawings.

도 3a를 참조하면, 에스램 셀은 서로 이격된 활성영역들 및 각 활성영역들 상부에 형성된 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 각 활성영역들은 소자분리영역에 의해 이격된다. 실선에 의해 분리된 각 사각형은 각각의 에스램 셀을 나타내며, 도시된 바와 같이 복수의 에스램 셀들은 제1방향 및 제2방향을 따라 배열될 수 있다. 제1방향 및 제2방향으로 배열된 인접한 에스램 셀들은 미러(mirror) 대칭적으로 배열될 수 있다. Referring to FIG. 3A, an SRAM cell may include active regions spaced apart from each other and a plurality of transistors formed on the active regions. Each active region is spaced apart by an isolation region. Each square separated by a solid line represents a respective SRAM cell, and as illustrated, a plurality of SRAM cells may be arranged along a first direction and a second direction. Adjacent SRAM cells arranged in the first and second directions may be mirror symmetrically arranged.

각 에스램 셀은 엔모스(PW, P-type well) 활성영역과 피모스(NW, N-type well, 점선) 활성영역을 포함할 수 있다. 엔모스 활성영역들은 제1방향으로 연장되며, 제1방향으로 배열된 에스램 셀들의 엔모스 활성영역들과 연결된 라인타입으로 형성될 수 있다. 피모스 활성영역들은 장축(제1방향)과 단축(제2방향)을 갖는 바타입(Bar type)으로 형성될 수 있고, 제1방향으로 인접하여 이웃하는 에스램 셀과 연결될 수 있다.Each SRAM cell may include a P-type well (PW) active region and a PMOS (NW, N-type well, dotted line) active region. The NMOS active regions extend in the first direction and may be formed in a line type connected to the NMOS active regions of the SRAM cells arranged in the first direction. The PMOS active regions may be formed in a bar type having a long axis (first direction) and a short axis (second direction), and may be connected to adjacent SRAM cells adjacent to each other in the first direction.

각 에스램 셀은 한쌍의 엔모스 활성영역과 한쌍의 피모스 활성영역을 포함할 수 있다. 한쌍의 피모스 활성영역은 한쌍의 엔모스 활성영역 사이에 배치될 수 있다.Each SRAM cell may include a pair of NMOS active regions and a pair of PMOS active regions. The pair of PMOS active regions may be disposed between the pair of NMOS active regions.

각 에스램 셀은 풀다운 게이트(PD, Pull down gate), 풀업 게이트(PU, Pull up gate) 및 패스 게이트(Pass)를 포함할 수 있다. 풀다운 게이트와 풀업 게이트는 엔모스 활성영역과 피모스 활성영역을 가로 지르는 공유 게이트(sharing gate)에 의해 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 패스 게이트는 제2방향으로 이웃한 에스램 셀의 패스 게이트와 연결될 수 있다. 각 에스램 셀에서 동일 활성영역에 배치된 풀다운 게이트와 패스 게이트는 접합영역을 공유할 수 있다.Each SRAM cell may include a pull down gate (PD), a pull up gate (PU), and a pass gate. The pull-down gate and the pull-up gate may be electrically connected to each other by a sharing gate across the NMOS active region and the PMOS active region. The pass gate may be connected to a pass gate of an adjacent SRAM cell in a second direction. In each SRAM cell, the pull-down gate and the pass gate disposed in the same active region may share a junction region.

풀다운 게이트 및 풀업 게이트를 접속시키는 공유 게이트는 에스램 셀의 중심점을 기준으로 대칭(point symmetry)되어 배열될 수 있다. 패스 게이트 역시 에스램 셀의 중심점을 기준으로 대칭되어 배열될 수 있다. The shared gate connecting the pull-down gate and the pull-up gate may be arranged symmetrically with respect to the center point of the SRAM cell. The pass gate may also be arranged symmetrically with respect to the center point of the SRAM cell.

위와 같은, I 타입의 에스램 셀은 풀다운 게이트, 풀업 게이트 및 패스 게이트가 모두 동일한 방향으로 배치된다. 따라서, 이들 게이트는 모두 응력에 대해 동일한 전류 변화 효과를 나타내며, 도 1과 같이 압전체를 부착하여 인장 응력을 인가하면 전류 증가에 따른 동작 속도를 높일 수 있다.As described above, in an I-type SRAM cell, a pull down gate, a pull up gate, and a pass gate are all disposed in the same direction. Therefore, all of these gates exhibit the same current change effect on the stress, and when the tensile stress is applied by attaching the piezoelectric body as shown in FIG.

도 3b를 참조하면, 에스램 셀은 서로 이격된 활성영역들 및 각 활성영역들 상부에 형성된 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 각 활성영역들은 소자분리영역에 의해 정의되고, 이격된다. 실선에 의해 분리된 각 사각형은 각각의 에스램 셀을 나타내며, 도시된 바와 같이 복수의 에스램 셀들은 제1방향 및 제2방향을 따라 배열될 수 있다. 제1방향 및 제2방향으로 배열된 인접한 에스램 셀들은 미러(mirror) 대칭적으로 배열될 수 있다. Referring to FIG. 3B, the SRAM cell may include active regions spaced apart from each other and a plurality of transistors formed on the active regions. Each active region is defined by an isolation region and spaced apart. Each square separated by a solid line represents a respective SRAM cell, and as illustrated, a plurality of SRAM cells may be arranged along a first direction and a second direction. Adjacent SRAM cells arranged in the first and second directions may be mirror symmetrically arranged.

각 에스램 셀은 엔모스(PW, P-type well) 활성영역과 피모스(NW, N-type well, 점선) 활성영역을 포함할 수 있다. 엔모스 활성영역과 피모스 활성영역은 소자분리영역에 의해 이격된다. 엔모스 활성영역들 및 피모스 활성영역들은 각각 제2방향으로 인접하여 이웃하는 엔모스 활성영역 또는 피모스 활성영역과 연결되어 O 타입의 활성영역이 형성될 수 있다.Each SRAM cell may include a P-type well (PW) active region and a PMOS (NW, N-type well, dotted line) active region. The NMOS active region and the PMOS active region are spaced apart by the device isolation region. Each of the NMOS active regions and the PMOS active regions may be connected to an NMOS active region or a PMOS active region adjacent to each other in the second direction to form an O type active region.

각 에스램 셀은 풀다운 게이트(Pull down gate), 풀업 게이트(Pull up gate) 및 패스 게이트(Pass)를 포함할 수 있다. 풀다운 게이트와 풀업 게이트는 엔모스 활성영역과 피모스 활성영역을 가로 지르는 공유 게이트(sharing gate)에 의해 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 패스 게이트는 제1방향으로 연장된 라인 타입으로 형성될 수 있다. 각 에스램 셀에서 동일 활성영역에 배치된 풀다운 게이트와 패스 게이트는 접합영역을 공유할 수 있다.Each SRAM cell may include a pull down gate, a pull up gate, and a pass gate. The pull-down gate and the pull-up gate may be electrically connected to each other by a sharing gate across the NMOS active region and the PMOS active region. The pass gate may be formed in a line type extending in the first direction. In each SRAM cell, the pull-down gate and the pass gate disposed in the same active region may share a junction region.

위와 같은, O 타입의 에스램 셀은 풀다운 게이트와 풀업 게이트가 동일한 방향으로 배치되고, 패스 게이트가 풀다운 게이트 및 풀업 게이트와 수직한 방향으로 배치된다. 그러나, 패스 게이트는 N채널이므로 게이트 방향에 수직한 방향과 수평? 방향에서 모두 동일한 전류 변화효과를 나타낸다. 따라서, 이들 게이트는 모두 응력에 대해 동일한 전류 변화 효과를 나타내며, 도 1과 같이 압전체를 부착하여 인장 응력을 인가하면 전류 증가에 따른 동작 속도를 높일 수 있다.
In the O type SRAM cell, the pull-down gate and the pull-up gate are disposed in the same direction, and the pass gate is disposed in the direction perpendicular to the pull-down gate and the pull-up gate. However, since the pass gate is an N-channel, the direction perpendicular to the gate direction and horizontal? All show the same current change effect in the direction. Therefore, all of these gates exhibit the same current change effect on the stress, and when the tensile stress is applied by attaching the piezoelectric body as shown in FIG. 1, the operation speed according to the increase of the current can be increased.

도 4a 및 도 4b는 게이트와 응력의 방향에 따른 각 소자의 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 도 4a는 게이트 방향과 수직한 방향에 대한 응력에 따른 전류의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 게이트 방향과 수평한 방향의 응력에 따른 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.4A and 4B are graphs illustrating changes in characteristics of each device according to gate and stress directions. 4A is a graph showing a change in current according to stress in a direction perpendicular to the gate direction, and FIG. 4B is a graph showing a change in current according to stress in a direction parallel to the gate direction.

도 4a에 도시된 바와 같이, 게이트 방향과 수직한 방향으로 응력이 인가되는 경우 엔모스는 변형률이 커질수록 전류가 증가하고 있으나, 피모스는 변형률이 커질수록 전류가 감소한다. 따라서, 도 2b에서 패스 게이트가 풀다운 게이트 및 풀업 게이트와 수직한 방향으로 배치되었으나 동일한 전류 변화효과를 나타낼 수 있다.As shown in FIG. 4A, when stress is applied in a direction perpendicular to the gate direction, the NMOS increases the current as the strain increases, but the PMOS decreases the current as the strain increases. Accordingly, although the pass gate is disposed in the direction perpendicular to the pull-down gate and the pull-up gate in FIG. 2B, the pass gate may exhibit the same current change effect.

도 4b에 도시된 바와 같이, 게이트 방향과 수평한 방향으로 응력이 인가되는 경우 엔모스와 피모스에서 모두 변형률이 커질수록 전류가 증가하는 특성을 갖는다. 따라서, 도 2a 및 도 2b에서 풀다운 게이트 및 풀업 게이트가 동일한 방향으로 배치되어 동일한 전류 변화효과를 나타낼 수 있다.
As shown in FIG. 4B, when stress is applied in a direction parallel to the gate direction, the current increases as the strain increases in both NMOS and PMOS. Accordingly, the pull-down gate and the pull-up gate may be arranged in the same direction in FIGS. 2A and 2B to exhibit the same current change effect.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치 및 그의 동작 방법을 나타내는 블럭도이다. 도 5a는 제1실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 블럭도이고, 도 5b는 제2실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 블럭도이다.5A and 5B are block diagrams illustrating a semiconductor device and an operating method thereof according to an embodiment of the present invention. 5A is a block diagram illustrating a semiconductor device according to a first embodiment, and FIG. 5B is a block diagram illustrating a semiconductor device according to a second embodiment.

도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체 장치는 소자(101), 압전체(102), 제어부(103) 및 비교부(104)를 포함할 수 있다. 점선으로 분류된 영역은 하나의 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 즉, 소자(101), 제어부(103) 및 비교부(104)는 하나의 칩에 포함될 수 있다. 도 1에 도시된 기판은 소자(101) 또는 점선으로 분류된 영역(chip)을 포함할 수 있다. As illustrated in FIG. 5A, the semiconductor device may include an element 101, a piezoelectric body 102, a controller 103, and a comparator 104. The region classified by the dotted line may be composed of one chip. That is, the device 101, the controller 103, and the comparer 104 may be included in one chip. The substrate shown in FIG. 1 may include a device 101 or a chip classified by a dotted line.

제1실시예에 따른 반도체 장치는 저전력 동작과 고속모드 동작을 모두 만족할 수 있으며, 이는 외부로부터 입력된 명령에 의해 바이어스를 생성하거나 유지하는 제어부(103)와 요구되는 동작 속도와 소자(101)의 동작 속도를 비교하는 비교부(104)를 통해 제어할 수 있다. 제어부(103)는 바이어스 생성회로 또는 내부전압 생성회로를 포함할 수 있다.The semiconductor device according to the first exemplary embodiment may satisfy both low power operation and high speed mode operation. This is because the control unit 103 generates or maintains a bias by an externally input command, and the required operating speed and element 101 are obtained. It can be controlled through the comparison unit 104 for comparing the operating speed. The controller 103 may include a bias generation circuit or an internal voltage generation circuit.

소자(101)는 에스램(SRAM), 플래시(Flash), 디램(DRAM), 디지털 로직(Digital Logic) 및 컨버터(예컨대, 파워 트랜지스터가 동일한 방향으로 배치된 DC-DC 컨버터)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 게이트 방향이 한쪽으로 고정된 소자를 포함할 수 있다. 이때, 에스램은 I 타입 또는 O 타입의 에스램을 포함할 수 있다. The device 101 is selected from the group consisting of SRAM, Flash, DRAM, Digital Logic, and a converter (eg, a DC-DC converter with power transistors arranged in the same direction). Either gate direction may include a device fixed to one side. At this time, the SRAM may include an I type or an O type SRAM.

압전체(102)는 소자(101)에 부착되며, 제어부(103)로 부터 전압을 인가받아 기계적 변이를 발생시켜 소자(101)에 응력을 가하는 역할을 한다. 압전체(102)는 전압을 인가받아 팽창 또는 수축 등의 기계적 변이가 발생하는 물질을 포함할 수 있다. 압전체(102)는 강유전체 세라믹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 강유전체 세라믹은 PZT(Pb(Ti, Zr)O3, 티탄산 지르코산연), PbTiO3(티탄산연) 및 BaTiO3(티탄산 바륨)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 압전체(11)는 압전 단결정(예컨대, Quartz(쿼츠)) 또는 아연산화막(ZnO) 등을 포함할 수 있다. 또한, 압전체(102)는 이에 한정되지 않으며, 입력 전기에 대한 출력 역학 에너지가 큰 모든 압전 물질을 포함할 수 있다.The piezoelectric body 102 is attached to the device 101 and serves to apply a voltage from the controller 103 to generate a mechanical shift to apply stress to the device 101. The piezoelectric body 102 may include a material in which mechanical variation such as expansion or contraction is generated by applying a voltage. The piezoelectric body 102 may include a ferroelectric ceramic. For example, the ferroelectric ceramic may include any one selected from the group consisting of PZT (Pb (Ti, Zr) O 3 , lead zirconate titanate), PbTiO 3 (lead titanate), and BaTiO 3 (barium titanate). In addition, the piezoelectric body 11 may include a piezoelectric single crystal (eg, quartz) or a zinc oxide film (ZnO). In addition, the piezoelectric body 102 is not limited thereto, and may include all piezoelectric materials having a large output dynamic energy with respect to the input electricity.

고속동작 모드와 저전력 모드를 각각 자세히 설명하면 다음과 같다.The high speed operation mode and the low power mode will be described in detail as follows.

먼저, 고속동작 모드는 고속동작을 위한 명령(CMD)이 외부로부터 입력된다. 명령을 인가받은 제어부(103)는 바이어스를 생성하여 압전체(102)로 인가하며, 전압을 인가받은 압전체(102)는 소자(101)에 인장응력을 가함으로써 전류를 증가시키고, 소자의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. 이때, 소자(101)의 동작 속도를 측정하는 비교부(104)에서는 전압이 인가되지 않을 경우 소자(101)의 동작 속도와 압전체(102)로부터 응력을 인가받은 소자(101)의 동작 속도를 비교함과 동시에 외부에서 인가받은 명령으로부터 요구되는 소자(101)의 동작 속도를 비교하여 제어부(103)에 신호를 전달한다. First, in the high speed operation mode, a command CMD for the high speed operation is input from the outside. The commanded control unit 103 generates a bias and applies it to the piezoelectric body 102. The applied piezoelectric body 102 increases the current by applying a tensile stress to the device 101, and increases the operating speed of the device. Can be improved. At this time, in the comparison unit 104 measuring the operating speed of the device 101 when the voltage is not applied compares the operating speed of the device 101 and the operating speed of the device 101 is stressed from the piezoelectric body 102 At the same time, a signal is transmitted to the controller 103 by comparing the operation speed of the device 101 required by an externally received command.

소자(101)의 동작 속도에 변화가 없거나 요구되는 동작 속도에 미치지 못할 경우 제어부(103)는 더욱 큰 바이어스를 생성하여 압전체(102)에 인가할 수 있다.If there is no change in the operating speed of the device 101 or does not reach the required operating speed, the controller 103 may generate a larger bias and apply it to the piezoelectric body 102.

소자(101)의 동작 속도가 요구되는 동작 속도와 동일한 경우 제어부(103)는 동일한 바이어스를 지속적으로 압전체(102)에 인가함으로써 고속 동작을 유지할 수 있다. When the operating speed of the device 101 is the same as the required operating speed, the controller 103 may maintain high speed operation by continuously applying the same bias to the piezoelectric body 102.

다음으로, 저전력 모드는 저전력을 위한 명령(CMD)이 외부로부터 입력된다. 명령을 인가받은 제어부(103)는 압전체(102)에 인가되던 전압을 끊음으로써 압전체(102)에서 소자(101)에 더이상의 인장응력이 가해지지 않도록 할 수 있다. 압전체(102)에 전압이 인가되지 않으면, 소자(101)에 응력이 가해지지 않으므로 작은 전류(current)가 흐르게 되고, 따라서 누설전류(leakage current) 또한 감소시킬 수 있다.Next, in the low power mode, a command CMD for low power is input from the outside. The control unit 103 receiving the command may stop the voltage applied to the piezoelectric body 102 so that no further tensile stress is applied to the element 101 in the piezoelectric body 102. If no voltage is applied to the piezoelectric body 102, no stress is applied to the element 101, so that a small current flows, thus reducing leakage current.

위와 같이, 압전체(102)가 부착된 소자(101)를 형성함으로써, 하나의 소자를 사용하여 고속 모드와 저전류 모드로 각각 작동이 가능하다. 더욱이, 소자 형성시 전압이 인가되지 않을 때를 저속동작 모드로 설정하는 경우, 스탠바이(standby) 상태에서 누설전류를 감소시킬 수 있으므로 대기 전력 소모를 줄일 수 있다.As described above, by forming the element 101 to which the piezoelectric body 102 is attached, it is possible to operate in the high speed mode and the low current mode, respectively, using one element. Furthermore, when setting the device to form a low speed operation mode when no voltage is applied, the leakage current can be reduced in a standby state, thereby reducing standby power consumption.

표 1 및 표 2는 비교예와 본 실시예의 특성을 비교하기 위한 것이다. 표 1은 비교예의 특성을 나타내고, 표 2는 본 실시예의 특성을 나타낸다.Table 1 and Table 2 are for comparing the characteristic of a comparative example and a present Example. Table 1 shows the characteristics of the comparative example, and Table 2 shows the characteristics of the present example.

Figure 112013034636651-pat00001
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Figure 112013034636651-pat00002
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표 1에 도시된 바와 같이, 비교예에서는 저전력 동작을 위한 소자 또는 고속 동작을 위한 소자를 선택하며, 각 소자에서 모드를 선택하는 것은 불가능하다. 즉, 저전력 동작을 위한 소자는 저전력 모드만 동작가능하며, 고속 동작을 위한 소자는 고속 모드로만 동작이 가능하다. 결국, 비교예에서는 필요에 따른 각각의 소자가 필요하다. As shown in Table 1, in the comparative example, a device for low power operation or a device for high speed operation is selected, and it is impossible to select a mode in each device. That is, the device for low power operation can operate only in the low power mode, the device for high speed operation can operate only in the high speed mode. As a result, in the comparative example, each element as needed is required.

표 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 하나의 소자로 저전력 모드 또는 고속 모드를 선택할 수 있다. 즉, 하나의 소자로도 두가지 동작을 모두 수행할 수 있으므로, 각 모드에 맞는 소자를 형성할 필요성이 없어 공정 마진을 크게 향상시킬 수 있다. As shown in Table 2, the present embodiment may select a low power mode or a high speed mode as one device. That is, since both operations can be performed by a single device, there is no need to form a device for each mode, thereby greatly improving the process margin.

또한, 저전력 모드의 경우 비교예와 본 실시예에서 모두 대기전력, 파워소모 및 동작속도가 모두 저(low) 상태를 유지하고 있으나, 비교예에서 고속동작을 위한 소자의 경우 대기전력이 고(high) 상태인데 반해, 본 실시예에서는 고속모드로 동작하더라도 대기전력은 저(low) 상태를 유지할 수 있다. 결국, 본 실시예에서는 저전력 모드와 고속 모드 모두 대기전력(standby)은 저전류가 흐르므로, 대기상태에서 누설전류를 감소시켜 대기 전력 소모를 줄일 수 있다.In addition, in the low power mode, both the standby power, power consumption, and operation speed of the comparative example and the present embodiment are kept low. However, in the comparative example, the standby power is high when the device is used for high speed operation. In contrast, in the present embodiment, the standby power can be kept low even when operating in the high speed mode. As a result, in the present embodiment, since low current flows in the standby power in both the low power mode and the high speed mode, the standby power consumption may be reduced by reducing the leakage current in the standby state.

도 5b에 도시된 바와 같이, 반도체 장치는 소자(201), 압전체(202), 제어부(203), 비교부(204) 및 센싱부(205)를 포함할 수 있다. 점선으로 분류된 영역은 하나의 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 즉, 소자(201), 제어부(203), 비교부(204) 및 센싱부(205)는 하나의 칩에 포함될 수 있다. 도 1에 도시된 기판은 소자(201) 또는 점선으로 분류된 영역(chip)을 포함할 수 있다. As illustrated in FIG. 5B, the semiconductor device may include an element 201, a piezoelectric body 202, a controller 203, a comparator 204, and a sensing unit 205. The region classified by the dotted line may be composed of one chip. That is, the device 201, the controller 203, the comparator 204 and the sensing unit 205 may be included in one chip. The substrate shown in FIG. 1 may include a device 201 or a chip classified by a dotted line.

제2실시예에 따른 반도체 장치는 저전력 동작과 고속모드 동작을 모두 만족할 수 있으며, 더욱이 소자(201) 동작시 발생하는 열에 의해 특성이 열화되는 것을 보완할 수 있다. 이는 외부로부터 입력된 명령에 의해 바이어스를 생성하거나 유지하는 제어부(203), 요구되는 동작 속도와 소자(201)의 동작 속도를 비교하는 비교부(204) 및 소자(201)의 온도를 측정하는 센싱부(205)를 통해 제어할 수 있다. 제어부(203)는 바이어스 생성회로 또는 내부전압 생성회로를 포함할 수 있다.The semiconductor device according to the second exemplary embodiment may satisfy both low power operation and high speed mode operation, and may compensate for deterioration of characteristics due to heat generated during operation of the device 201. This is a control unit 203 for generating or maintaining a bias by an externally input command, a sensing unit for measuring the temperature of the comparator 204 for comparing the required operating speed with the operating speed of the device 201 and the device 201. The control may be performed through the unit 205. The controller 203 may include a bias generation circuit or an internal voltage generation circuit.

소자(201)는 에스램(SRAM), 플래시(Flash), 디램(DRAM), 디지털 로직(Digital Logic) 및 컨버터(예컨대, 파워 트랜지스터가 동일한 방향으로 배치된 DC-DC 컨버터)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 게이트 방향이 한쪽으로 고정된 소자를 포함할 수 있다. 이때, 에스램은 I 타입 또는 O 타입의 에스램을 포함할 수 있다. The device 201 is selected from the group consisting of SRAM, Flash, DRAM, Digital Logic, and a converter (eg, a DC-DC converter with power transistors arranged in the same direction). Either gate direction may include a device fixed to one side. At this time, the SRAM may include an I type or an O type SRAM.

압전체(202)는 소자(201)에 부착되며, 제어부(203)로 부터 전압을 인가받아 기계적 변이를 발생시켜 소자(201)에 응력을 가하는 역할을 한다. 압전체(202)는 전압을 인가받아 팽창 또는 수축 등의 기계적 변이가 발생하는 물질을 포함할 수 있다. 압전체(202)는 강유전체 세라믹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 강유전체 세라믹은 PZT(Pb(Ti, Zr)O3, 티탄산 지르코산연), PbTiO3(티탄산연) 및 BaTiO3(티탄산 바륨)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 압전체(11)는 압전 단결정(예컨대, Quartz(쿼츠)) 또는 아연산화막(ZnO) 등을 포함할 수 있다. 또한, 압전체(202)는 이에 한정되지 않으며, 입력 전기에 대한 출력 역학 에너지가 큰 모든 압전 물질을 포함할 수 있다.The piezoelectric element 202 is attached to the element 201 and applies a voltage from the control unit 203 to generate a mechanical shift, thereby acting to stress the element 201. The piezoelectric material 202 may include a material in which mechanical variation such as expansion or contraction is generated by applying a voltage. The piezoelectric body 202 may include a ferroelectric ceramic. For example, the ferroelectric ceramic may include any one selected from the group consisting of PZT (Pb (Ti, Zr) O 3 , lead zirconate titanate), PbTiO 3 (lead titanate), and BaTiO 3 (barium titanate). In addition, the piezoelectric body 11 may include a piezoelectric single crystal (eg, quartz) or a zinc oxide film (ZnO). In addition, the piezoelectric body 202 is not limited thereto, and may include all piezoelectric materials having a large output dynamic energy with respect to the input electricity.

고속동작 모드와 저전력 모드를 각각 자세히 설명하면 다음과 같다.The high speed operation mode and the low power mode will be described in detail as follows.

먼저, 고속동작 모드는 고속동작을 위한 명령(CMD)이 외부로부터 입력된다. 명령을 인가받은 제어부(203)는 바이어스를 생성하여 압전체(202)로 인가하며, 전압을 인가받은 압전체(202)는 소자(201)에 인장응력을 가함으로써 전류를 증가시키고, 소자의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. 이때, 소자(201)의 동작 속도를 측정하는 비교부(204)에서는 전압이 인가되지 않을 경우 소자(201)의 동작 속도와 압전체(202)로부터 응력을 인가받은 소자(201)의 동작 속도를 비교함과 동시에 외부에서 인가받은 명령으로부터 요구되는 소자(201)의 동작 속도를 비교하여 제어부(203)에 신호를 전달한다. First, in the high speed operation mode, a command CMD for the high speed operation is input from the outside. The commanded control unit 203 generates a bias and applies it to the piezoelectric body 202. The applied piezoelectric material 202 increases the current by applying a tensile stress to the device 201, and increases the operating speed of the device. Can be improved. In this case, the comparison unit 204 that measures the operating speed of the device 201 compares the operating speed of the device 201 and the operating speed of the device 201 that is stressed from the piezoelectric body 202 when no voltage is applied. At the same time, a signal is transmitted to the controller 203 by comparing the operation speed of the device 201 required from the externally received command.

소자(201)의 동작 속도에 변화가 없거나 요구되는 동작 속도에 미치지 못할 경우 제어부(203)는 더욱 큰 바이어스를 생성하여 압전체(202)에 인가할 수 있다.If there is no change in the operating speed of the device 201 or does not reach the required operating speed, the controller 203 may generate a larger bias and apply it to the piezoelectric body 202.

소자(201)의 동작 속도가 요구되는 동작 속도와 동일한 경우 제어부(203)는 동일한 바이어스를 지속적으로 압전체(202)에 인가함으로써 고속 동작을 유지할 수 있다. When the operating speed of the device 201 is the same as the required operating speed, the controller 203 may maintain high speed operation by continuously applying the same bias to the piezoelectric body 202.

다음으로, 저전력 모드는 저전력을 위한 명령(CMD)이 외부로부터 입력된다. 명령을 인가받은 제어부(203)는 압전체(202)에 인가되던 전압을 끊음으로써 압전체(202)에서 소자(201)에 더이상의 인장응력이 가해지지 않도록 할 수 있다. 압전체(202)에 전압이 인가되지 않으면, 소자(201)에 응력이 가해지지 않으므로 작은 전류(current)가 흐르게 되고, 따라서 누설전류(leakage current) 또한 감소시킬 수 있다.Next, in the low power mode, a command CMD for low power is input from the outside. The control unit 203 receiving the command may stop the voltage applied to the piezoelectric body 202 so that no further tensile stress is applied to the element 201 in the piezoelectric body 202. If no voltage is applied to the piezoelectric element 202, no stress is applied to the element 201, so that a small current flows, and thus, leakage current may also be reduced.

위와 같이, 압전체(202)가 부착된 소자(201)를 형성함으로써, 하나의 소자를 사용하여 고속 모드와 저전류 모드로 각각 작동이 가능하다. 더욱이, 소자 형성시 전압이 인가되지 않을 때를 저속동작 모드로 설정하는 경우, 스탠바이(standby) 상태에서 누설전류를 감소시킬 수 있으므로 대기 전력 소모를 줄일 수 있다.As described above, by forming the device 201 to which the piezoelectric body 202 is attached, it is possible to operate in the high speed mode and the low current mode by using one device. Furthermore, when setting the device to form a low speed operation mode when no voltage is applied, the leakage current can be reduced in a standby state, thereby reducing standby power consumption.

소자의 특성 열화를 방지하기 위한 동작 방법은 다음과 같다.An operation method for preventing deterioration of device characteristics is as follows.

먼저, 센싱부(205)는 미동작시 또는 소자(201)의 특성 열화에 영향을 미치지 않는 온도를 기억하고, 소자(201)의 동작시 소자(201)의 온도를 기존 온도와 비교하여 제어부(203)에 신호를 전달한다. 소자(201)가 동작하는 동안 불가피하게 열이 발생할 수 밖에 없으나, 발생하는 열이 과도한 경우 동작 속도가 감소되는 등 소자의 동작 특성이 열화되는 문제를 피할 수 없다. First, the sensing unit 205 stores a temperature which does not affect the non-operation or deterioration of the characteristics of the element 201, and compares the temperature of the element 201 with the existing temperature when the element 201 operates. Signal 203). Inevitably heat is generated during operation of the device 201, but if the generated heat is excessive, a problem of deterioration of operating characteristics of the device, such as a decrease in operating speed, is inevitable.

따라서, 제2실시예에서는 소자(201)의 온도를 특성 열화에 영향을 미치지 않는 온도와 꾸준히 체크하고, 소자(201)의 온도가 기준점을 넘어선 경우 제어부(203)에 신호를 전달하여 압전체(202)에 더 큰 바이어스가 인가되도록 할 수 있다. 압전체(202)에 더 큰 바이어스가 인가되면 부착된 소자(201)에 더 큰 인장응력이 인가되므로, 열에 의해 발생하는 동작 속도 저하를 방지할 수 있다.Therefore, in the second embodiment, the temperature of the device 201 is steadily checked with a temperature that does not affect the deterioration of characteristics, and when the temperature of the device 201 exceeds the reference point, a signal is transmitted to the control unit 203 to transmit the piezoelectric material 202. Larger bias can be applied. When a larger bias is applied to the piezoelectric body 202, a larger tensile stress is applied to the attached device 201, thereby preventing a decrease in operating speed caused by heat.

이와 같이, 소자(201)의 온도를 측정하는 센싱부(205)를 추가함으로써 소자(201) 동작시 발생하는 열에 의한 특성 열화를 방지 및 보완할 수 있다. 본 실시예에서는 비교예와 센싱부를 동시에 포함하고 있으나, 소자의 특성 열화 방지를 위해 센싱부 만을 포함하는 반도체 장치의 형성 또한 가능하다.As such, by adding the sensing unit 205 for measuring the temperature of the device 201, it is possible to prevent and compensate for deterioration of characteristics due to heat generated during operation of the device 201. In the present embodiment, the comparative example and the sensing unit are simultaneously included, but a semiconductor device including only the sensing unit may also be formed to prevent deterioration of device characteristics.

본 실시예의 기술 사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 실시예의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 실시예의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical spirit of this embodiment has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, a person of ordinary skill in the art of the present embodiment will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present embodiment.

11 : 압전체
12 : 소자
11: piezoelectric
12: device

Claims (19)

다수의 트랜지스터를 포함하는 소자가 형성된 기판; 및
상기 기판에 접하여 형성된 압전체를 포함하고,
상기 압전체는 상기 트랜지스터와 수평한 방향으로 형성되고,
고속동작 모드에서 상기 압전체로 전압을 인가하여 상기 기판에 응력을 가하여 상기 트랜지스터에 흐르는 전류를 증가시키고,
저전력 모드에서 상기 압전체로 인가되던 전압을 끊는
반도체 장치.
A substrate on which an element including a plurality of transistors is formed; And
A piezoelectric body formed in contact with the substrate,
The piezoelectric body is formed in a direction parallel to the transistor,
In a high speed operation mode, a voltage is applied to the piezoelectric body to stress the substrate to increase the current flowing through the transistor,
Breaking the voltage applied to the piezoelectric body in the low power mode
Semiconductor device.
◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 2 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 기판은 패키징 공정이 완료된 반도체 칩을 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The substrate includes a semiconductor chip having a packaging process is completed.
◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 3 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 기판은 에스램(SRAM), 플래시(Flash), 디램(DRAM), 디지털 로직(Digital Logic) 및 컨버터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The substrate includes any one selected from the group consisting of SRAM, Flash, DRAM, Digital Logic, and Converter.
◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 4 has been abandoned upon payment of a setup registration fee. 제1항에 있어서,
상기 기판은 상기 트랜지스터의 게이트 전극이 한쪽 방향으로 고정 배열된 소자를 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The substrate includes a device in which the gate electrode of the transistor is fixedly arranged in one direction.
◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 5 was abandoned upon payment of a set-up registration fee. 제1항에 있어서,
상기 압전체는 강유전체 세라믹, 압전 단결정 및 아연산화막으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
And the piezoelectric material includes any one material selected from the group consisting of ferroelectric ceramics, piezoelectric single crystals, and zinc oxide films.
◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 6 has been abandoned upon payment of a setup registration fee. 제1항에 있어서,
상기 압전체는 PZT(Pb(Ti, Zr)O3, 티탄산 지르코산연), PbTiO3(티탄산연) 및 BaTiO3(티탄산 바륨)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 강유전체 세라믹을 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The piezoelectric body includes any one of ferroelectric ceramics selected from the group consisting of PZT (Pb (Ti, Zr) O 3 , lead zirconate titanate), PbTiO 3 (lead titanate), and BaTiO 3 (barium titanate).
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 7 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 기판은 상기 모드에 따라 상기 압전체로의 전압의 인가 여부를 제어하는 제어부 및 상기 소자의 원하는 동작 속도와 현재의 동작 속도를 비교하는 비교부를 포함하고,
상기 비교부는, 현재의 동작 속도가 원하는 동작 속도와 동일함을 알리는 제1 신호 또는 원하는 동작 속도에 미치지 못함을 알리는 제2 신호를 상기 제어부에 전달하고,
상기 제어부는, 상기 제1 신호 수신시 상기 압전체로의 전압 인가 또는 불인가를 유지하고, 상기 제2 신호 수신시 상기 압전체로 인가되는 전압을 증가시키는
반도체 장치.
The method of claim 1,
The substrate includes a control unit for controlling whether the voltage is applied to the piezoelectric body according to the mode, and a comparison unit for comparing a desired operating speed of the device with a current operating speed,
The comparing unit transmits a first signal indicating that the current operating speed is the same as the desired operating speed or a second signal indicating that the current operating speed is less than the desired operating speed to the controller.
The controller may be configured to maintain the voltage applied to or not applied to the piezoelectric body when receiving the first signal, and to increase the voltage applied to the piezoelectric body when receiving the second signal.
Semiconductor device.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 8 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제7항에 있어서,
상기 기판은 상기 소자의 온도를 측정하는 센싱부를 더 포함하고,
상기 센싱부는 상기 소자의 온도가 소정 기준점을 넘어선 경우 이를 알리는 제3 신호를 상기 제어부에 전달하고,
상기 제어부는, 상기 제3 신호 수신시 상기 압전체로 인가되는 전압을 증가시키는
반도체 장치.
The method of claim 7, wherein
The substrate further includes a sensing unit for measuring the temperature of the device,
The sensing unit transmits a third signal informing the controller if the temperature of the device exceeds a predetermined reference point,
The control unit may increase the voltage applied to the piezoelectric body when the third signal is received.
Semiconductor device.
다수의 엔모스 트랜지스터 및 피모스 트랜지스터를 포함하는 소자가 형성된 기판; 및
상기 기판에 접하여 형성된 압전체를 포함하고,
상기 압전체는 적어도 상기 피모스 트랜지스터와 수평한 방향으로 형성되고,
고속동작 모드에서 상기 압전체로 전압을 인가하여 상기 기판에 응력을 가하여 상기 트랜지스터에 흐르는 전류를 증가시키고,
저전력 모드에서 상기 압전체로 인가되던 전압을 끊는
반도체 장치.
A substrate including an element including a plurality of NMOS transistors and a PMOS transistor; And
A piezoelectric body formed in contact with the substrate,
The piezoelectric body is formed at least in a direction parallel to the PMOS transistor,
In a high speed operation mode, a voltage is applied to the piezoelectric body to stress the substrate to increase the current flowing through the transistor,
Breaking the voltage applied to the piezoelectric body in the low power mode
Semiconductor device.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 10 has been abandoned upon payment of a set-up registration fee. 제9항에 있어서,
상기 엔모스 트랜지스터는 풀다운 트랜지스터와 패스 트랜지스터를 포함하고, 상기 피모스 트랜지스터는 풀업 트랜지스터를 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 9,
The NMOS transistor includes a pull-down transistor and a pass transistor, and the PMOS transistor includes a pull-up transistor.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 11 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제10항에 있어서,
상기 기판은 I 타입의 활성영역을 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 10,
The substrate includes an I type active region.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 12 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제11항에 있어서,
상기 풀다운 트랜지스터, 풀업 트랜지스터 및 패스 트랜지스터는 동일한 방향으로 배치된 반도체 장치.
The method of claim 11,
And the pull-down transistor, the pull-up transistor, and the pass transistor are arranged in the same direction.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 13 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제10항에 있어서,
상기 기판은 O 타입의 활성영역을 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 10,
The substrate includes an O type active region.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 14 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제13항에 있어서,
상기 풀다운 트랜지스터 및 풀업 트랜지스터는 동일한 방향으로 배치되고, 상기 패스 트랜지스터는 상기 풀다운 트랜지스터 및 풀업 트랜지스터와 수직한 방향으로 배치된 반도체 장치.
The method of claim 13,
And the pull-down transistor and the pull-up transistor are disposed in the same direction, and the pass transistor is disposed in a direction perpendicular to the pull-down transistor and the pull-up transistor.
소자, 상기 소자에 응력을 인가하는 압전체, 상기 압전체로의 전압 인가 여부를 제어하는 제어부, 및 상기 소자의 현재 동작 속도와 원하는 동작 속도를 비교하는 비교부를 포함하는 반도체 장치를 형성하는 단계;
상기 제어부에 고속동작 모드 또는 저전력 모드임을 알리는 외부명령을 입력하는 단계;
상기 외부 명령이 상기 고속동작 모드인 경우, 상기 제어부에서 상기 압전체에 전압을 인가하는 단계;
상기 인가되는 전압에 따라 상기 압전체에서 상기 소자에 응력을 인가하는 단계;
상기 비교부에서 상기 비교를 수행하여 현재의 동작 속도가 원하는 동작 속도와 동일함을 알리는 제1 신호 또는 원하는 동작 속도에 미치지 못함을 알리는 제2 신호를 상기 제어부에 전달하는 단계;
상기 제어부에서 상기 제1 신호에 따라 상기 압전체에 인가되는 전압을 유지하거나, 상기 제2 신호에 따라 상기 압전체에 인가되는 전압을 증가시키는 단계; 및
상기 외부 명령이 상기 저전력 모드인 경우, 상기 제어부에서 상기 압전체에 인가되는 전압을 끊는 단계
를 포함하는 반도체 장치의 제어 방법.
Forming a semiconductor device including a device, a piezoelectric body for applying stress to the device, a control unit for controlling whether a voltage is applied to the piezoelectric body, and a comparison unit for comparing a current operating speed of the device with a desired operating speed;
Inputting an external command to inform the controller of a high speed mode or a low power mode;
Applying a voltage to the piezoelectric body by the controller when the external command is in the high speed operation mode;
Applying stress to the device in the piezoelectric body in accordance with the applied voltage;
Performing the comparison by the comparing unit to transmit a first signal indicating that a current operating speed is equal to a desired operating speed, or a second signal indicating that the current operating speed is less than a desired operating speed;
Maintaining a voltage applied to the piezoelectric body in accordance with the first signal or increasing the voltage applied to the piezoelectric body in accordance with the second signal; And
When the external command is in the low power mode, disconnecting the voltage applied to the piezoelectric body from the control unit
Control method of a semiconductor device comprising a.
◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 16 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제15항에 있어서,
상기 반도체 장치는 상기 소자의 온도를 측정하는 센싱부를 더 포함하고,
상기 센싱부에서 상기 소자의 온도가 소정 기준점을 넘어선 경우 이를 알리는 제3 신호를 상기 제어부에 전달하는 단계; 및
상기 제어부에서 상기 제3 신호에 따라 상기 압전체로 인가되는 전압을 증가시키는 단계를 더 포함하는
반도체 장치의 제어 방법.
The method of claim 15,
The semiconductor device further includes a sensing unit measuring a temperature of the device,
Transmitting, by the sensing unit, a third signal informing the controller if the temperature of the device exceeds a predetermined reference point; And
Increasing the voltage applied to the piezoelectric body in accordance with the third signal by the controller;
Method of controlling a semiconductor device.
◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 17 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제16항에 있어서,
상기 소자의 동작 속도를 비교하는 단계와 동시에 상기 소자의 온도를 측정하는 단계를 진행하는 반도체 장치의 제어 방법.
The method of claim 16,
And controlling the temperature of the device at the same time as comparing the operating speeds of the devices.
◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 18 was abandoned when the set registration fee was paid. 제15항에 있어서,
상기 소자는 에스램(SRAM), 플래시(Flash), 디램(DRAM), 디지털 로직(Digital Logic) 및 컨버터로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 소자를 포함하는 반도체 장치의 제어 방법.
The method of claim 15,
The device includes a device selected from the group consisting of SRAM, Flash, DRAM, Digital Logic, and Converter.
◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 19 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제15항에 있어서,
상기 압전체는 강유전체 세라믹, 압전 단결정 및 아연산화막으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 포함하는 반도체 장치 제어 방법.
The method of claim 15,
And the piezoelectric material includes any one material selected from the group consisting of ferroelectric ceramics, piezoelectric single crystals, and zinc oxide films.
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