KR20080014873A - 신규한 저전력 비휘발성 메모리 및 게이트 스택 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (68)
- 채널 영역에 의해 연결되는, 기판에 형성된 제1 및 제2 소스/드레인 영역들;상기 채널 영역 및/또는 제1 및 제2 소스/드레인 영역들 위에 형성된 2개 이상의 서브층(sub-layer)들을 포함하는 비대칭 밴드갭 터널 절연체층 - 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역(conduction band) 오프셋의 층들을 포함함 -;상기 터널 절연체층 위에 형성된 포획층;상기 포획층 위에 형성된 전하 차단층; 및상기 전하 차단층 위에 형성된 제어 게이트를 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항 또는 제44항에 있어서,하나 이상의 비휘발성 메모리 셀들은 비휘발성 메모리 디바이스의 비휘발성 메모리 어레이 내에 형성되고,상기 비휘발성 메모리 디바이스는,행들(rows) 및 열들(column)로 형성된 복수의 비휘발성 메모리 셀을 포함하는 비휘발성 메모리 어레이;메모리 인터페이스; 및상기 메모리 인터페이스 및 상기 비휘발성 메모리 어레이에 연결된 제어 회로를 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제2항에 있어서,상기 비휘발성 메모리 디바이스의 상기 인터페이스는 동기식 메모리 인터페이스인 비휘발성 메모리 셀.
- 제2항에 있어서,상기 비휘발성 메모리 디바이스는, 기입 데이터가 상기 메모리 어레이에 기입되는 동안, 상기 기입 데이터를 기입 캐시에 캐싱하도록 구성된 비휘발성 메모리 셀.
- 제2항에 있어서,상기 비휘발성 메모리 디바이스의 상기 메모리 어레이의 상기 복수의 비휘발성 메모리 셀은, NOR 아키텍처 메모리 어레이 및 NAND 아키텍처 메모리 어레이 중 하나로 더 배열되는 비휘발성 메모리 셀.
- 제2항 내지 제5항에 있어서,상기 비휘발성 메모리 디바이스는 시스템 내에 포함되고,상기 시스템은,적어도 하나의 비휘발성 메모리 디바이스에 연결된 프로세서를 포함하며,상기 적어도 하나의 비휘발성 메모리 디바이스는,행들 및 열들로 형성된 복수의 비휘발성 메모리 셀을 포함하는 비휘발성 메모리 어레이;메모리 인터페이스; 및상기 메모리 인터페이스 및 상기 비휘발성 메모리 어레이에 연결된 제어 회로를 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제6항에 있어서,상기 시스템은 상기 비휘발성 메모리를 범용 메모리로서 이용하여 휘발성 메모리(RAM) 및 비휘발성 메모리(ROM) 양자의 단기 및 장기 저장 기능을 이행하도록 구성된 비휘발성 메모리 셀.
- 제6항에 있어서,상기 시스템은 판독 캐싱, 기입 캐싱, 메모리 인터리빙(memory interleaving), 및 다중-레벨 메모리 구조 중 하나에 의해 상기 비휘발성 메모리에 액세스하도록 구성된 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항, 및 제44항에 있어서,상기 터널 절연체층의 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역 오프셋의 유전체 재료의 2개 이상의 서브층을 포함하고,상기 유전체 재료의 2개 이상의 서브층들의 각각은 산화물, 혼합 산화물, 질화물, 산화질화물, 혼합 산화질화물, 및 실리케이트 중 하나로부터 선택되는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항, 및 제44항에 있어서,상기 터널 절연체층의 상기 2개 이상의 서브층들은 Al2O3, Pr2O3, TiO2, SiO2, HfO2, ZrO2, SiN, AlN, HfN, 산소-풍부 SiON(약 1.5의 굴절율), 질소-풍부 SiON(약 1.8의 굴절율), Hf와 Al의 혼합 산화물, Hf와 Ti의 혼합 산화물, Hf와 Si의 혼합 산화물, 및 Hf와 Si의 혼합 산화질화물 중 하나로부터 선택되는 비휘발성 메모리 셀.
- 제9항에 있어서,상기 터널 절연체층의 상기 2개 이상의 서브층들은, 제1 및 제2 서브층이 SiO2 및 Pr2O3, SiO2 및 TiO2, 그리고 SiO2 및 HfO2 중 하나인 2개의 서브층들을 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제9항에 있어서,상기 터널 절연체층의 상기 2개 이상의 서브층들은, 제1, 제2, 및 제3 서브층이 SiO2, SiN, 및 HfO2; SiO2, HfO2, 및 Pr2O3; SiO2, HfO2, 및 TiO2; SiO2, 산소-풍 부 SiON(약 1.5의 굴절율), 및 HfO2; 그리고 SiO2, Al2O3, 및 HfO2 중 하나인 3개의 서브층들을 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항 및 제6항에 있어서,상기 터널 절연체층의 상기 2개 이상의 서브층들의 각각은 상기 채널 영역 위에 유전 상수(K)의 값이 증가하도록 상기 채널로부터 연장하여 배열되는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항, 및 제44항에 있어서,상기 포획층은 플로팅 게이트, 플로팅 노드, 및 매립된 포획층 중 하나를 더 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제14항에 있어서,상기 포획층은 산소-풍부 실리콘 산화질화물(SiON), 질소-풍부 실리콘 산화질화물(SiON), 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘-풍부 질화물(SRN), 하프늄 산화물(HfO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 및 티타늄 산화물(TiO2) 중 하나를 더 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항, 및 제44항에 있어서,상기 포획층은 전하 포획의 깊은 전위 웰(charge trapping deep potential wells)을 더 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항, 및 제44항에 있어서,상기 포획층은 금속, 반도체, 실리콘, 질화물, 유도된 인터페이스 상태(induced interface states), 또는 전하 포획 불순물의 나노-결정 또는 나노-도트를 더 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제17항에 있어서,상기 깊은 전위 웰은 실리콘, 게르마늄, 금, 텅스텐, 이리듐, 티타늄, 코발트, 백금, 및 팔라듐의 나노-도트 또는 나노-결정 중 하나를 더 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항 및 제6항에 있어서,상기 전하 차단층은 높은 K의 유전체의 하나 이상의 서브층들을 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제19항에 있어서,상기 하나 이상의 서브층의 각각은 산화물, 혼합 산화물, 질화물, 산화질화물, 혼합 산화질화물, 및 실리케이트 군(fimily)들 중 하나로부터 유래하는 비휘발 성 메모리 셀.
- 제20항에 있어서,상기 하나 이상의 서브층의 각각은 하프늄 산화물(HfO2), 알루미나(Al2O3), 프라세오디뮴 산화물(Pr2O3), 및 티타늄 산화물(TiO2) 중 하나인 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항 및 제6항에 있어서,상기 전하 차단층은 홀 또는 전자의 전하 캐리어들을 상기 포획층으로 또는 상기 포획층으로부터 통과시키는 것에 의해 상기 비휘발성 메모리 셀의 소거를 허용하도록 구성된 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항 및 제44항에 있어서,상기 비휘발성 메모리 셀은 2개 데이터 값들을 상기 포획층에 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항 및 제44항에 있어서,상기 비휘발성 메모리 셀은 NFET 디바이스 및 PFET 디바이스 중 하나인 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항 및 제44항에 있어서,상기 제어 게이트는 폴리실리콘, 텅스텐, 이리듐, 및 알루미늄 중 하나인 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항 및 제6항에 있어서,상기 제어 게이트는 상기 제어 게이트와 상기 전하 차단층 사이에 형성된 HfN, TaN, IrO2, 및 TiN 중 하나를 포함하는 패시베이션층(passivation layer)을 더 포함하는 비휘발성 메모리 셀.
- 제1항, 제2항, 제6항 및 제44항에 있어서,상기 채널 영역은 N-도핑 영역 및 P-도핑 영역 중 하나로 형성되는 비휘발성 메모리 셀.
- 비휘발성 메모리 셀 구조를 형성하는 방법으로서,중재 채널 영역을 규정하는 제1 및 제2 소스/드레인 영역을 기판 상에 형성하는 단계;상기 채널 영역 위에 형성된 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계 - 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역 오프셋의 층들을 포함 함 -;상기 터널 절연체층 위에 포획층을 형성하는 단계;상기 포획층 위에 전하 차단층을 형성하는 단계; 및상기 전하 차단층 위에 제어 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
- 제28항에 있어서,상기 채널 영역 위에 형성된 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계는, 증가하는 전도 대역 오프셋의 유전체 재료의 2개 이상의 서브층들을 형성하는 단계를 더 포함하고,상기 유전체 재료의 2개 이상의 서브층들의 각각은 산화물, 혼합 산화물, 질화물, 산화질화물, 혼합 산화질화물, 및 실리케이트 중 하나로부터 선택되는 방법.
- 제29항에 있어서,상기 채널 영역 위에 형성된 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계는, 제1 및 제2 서브층이 SiO2 및 Pr2O3, SiO2 및 TiO2, 그리고 SiO2 및 HfO2 중 하나인, 2개의 서브층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제29항에 있어서,상기 채널 영역 위에 형성된 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계는, 제1, 제2, 및 제3 서브층들이 SiO2, SiN, 및 HfO2; SiO2, HfO2, 및 Pr2O3; 그리고 SiO2, HfO2, 및 TiO2 중 하나인, 3개의 서브층들을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제28항에 있어서,상기 포획층을 형성하는 단계는 플로팅 게이트, 플로팅 노드, 및 매립된 포획층 중 하나를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제32항에 있어서,상기 포획층을 형성하는 단계는 전하 포획의 깊은 전위 웰을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제32항에 있어서,상기 포획층을 형성하는 단계는, 산소-풍부 실리콘 산화질화물(SiON), 질소-풍부 실리콘 산화질화물(SiON), 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘-풍부 질화물(SRN), 하프늄 산화물(HfO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 및 티타늄 산화물(TiO2) 중 하나의 포획층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제28항에 있어서,상기 전하 차단층을 형성하는 단계는 높은 K의 유전체의 하나 이상의 서브층의 전하 차단층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제35항에 있어서,상기 높은 K의 유전체의 하나 이상의 서브층의 전하 차단층을 형성하는 단계는, 산화물, 혼합 산화물, 질화물, 산화질화물, 혼합 산화질화물, 및 실리케이트 군들 중 하나의 절연체로부터 상기 하나 이상의 서브층들을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제36항에 있어서,상기 높은 K의 유전체의 하나 이상의 서브층의 전하 차단층을 형성하는 단계는, 하프늄 산화물(HfO2), 알루미나(Al2O3), Pr2O3, 및 티타늄 산화물(TiO2) 중 하나의 상기 하나 이상의 서브층들을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제28항에 있어서,N- 또는 P-도핑 채널 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 비휘발성 메모리 셀을 동작시키는 방법으로서,상기 비휘발성 메모리 셀을 터널 절연체층을 통한 캐리어들의 직접 터널링에 의해 프로그래밍하는 단계 - 상기 터널 절연체층은 상기 비휘발성 메모리 셀의 채널 영역 위에 형성된 2개 이상의 서브층들을 가진 비대칭 밴드갭 터널 절연체층이고, 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역 오프셋의 재료의 층들을 포함함 -; 및상기 캐리어들을 상기 터널 절연체층 위에 형성된 포획층에 포획하는 단계를 포함하는 방법.
- 제39항에 있어서,상기 캐리어들을 상기 터널 절연체층 위에 형성된 포획층에 포획하는 단계는, 다수 비트 저장을 위해 상기 비휘발성 메모리 셀의 소스/드레인 위에 국한된 상기 전하를 포획하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제39항에 있어서,상기 포획층 상에 포획된 상기 캐리어들을 직접 터널링, Fowler-Nordheim 터널링, CHE(channel hot electron) 주입, 및 핫홀(hot hole) 주입 중 하나에 의해 상기 채널 영역으로부터 제거함으로써, 상기 비휘발성 메모리 셀을 소거하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제39항에 있어서,상기 포획층 위에 형성된 전하 차단층을 통해 상기 포획층으로 또는 상기 포획층으로부터 캐리어들을 수송하는 것에 의해 상기 포획층 상에 포획된 상기 캐리어들을 제거함으로써, 상기 비휘발성 메모리 셀을 소거하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제39항에 있어서,비휘발성 메모리 디바이스를 동작시키는 방법을 더 포함하고,상기 비휘발성 메모리 디바이스를 동작시키는 방법은,각 메모리 셀의 터널 절연체층을 통한 캐리어들의 직접 터널링에 의해 하나 이상의 비휘발성 메모리 셀을 프로그램하는 단계 - 상기 터널 절연체층은 상기 비휘발성 메모리 셀의 채널 영역 위에 형성된 2개 이상의 서브층들을 가진 비대칭 밴드갭 터널 절연체층이고, 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역 오프셋의 재료의 층들을 포함함 -; 및상기 캐리어들을, 상기 각 메모리 셀의 상기 터널 절연체층 위에 형성된 포획층에 포획하는 단계를 포함하는 방법.
- 채널 영역에 의해 연결되는, 기판에 형성된 제1 및 제2 소스/드레인 영역;상기 채널 영역 및/또는 제1 및 제2 소스/드레인 영역 위에 형성된 전하 차단층;상기 전하 차단층 위에 형성된 포획층;상기 포획층 위에 형성된 2개 이상의 서브층들을 포함하는 비대칭 밴드갭 터널 절연체층 - 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역 오프셋의 층들을 포함함 -; 및상기 비대칭 밴드갭 터널 절연체층 위에 형성된 제어 게이트를 포함하는 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제44항에 있어서,상기 터널 절연체층의 상기 2개 이상의 서브층들의 각각은 상기 포획층 위에 유전 상수(K)의 값들이 증가하도록 배열되는 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제44항에 있어서,상기 전하 차단층은 높은 K의 유전체의 하나 이상의 서브층들을 포함하는 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제46항에 있어서,SiO2 및 산소-풍부 SiON 중 하나의 채널 패시베이션층을 더 포함하는 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제46항에 있어서,상기 하나 이상의 서브층들의 각각은 산화물, 혼합 산화물, 질화물, 산화질화물, 혼합 산화질화물, 및 실리케이트 군들 중 하나로부터의 절연체인 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제48항에 있어서,상기 하나 이상의 서브층들의 각각은 하프늄 산화물(HfO2), 알루미나(Al2O3), 프라세오디뮴 산화물(Pr2O3), 및 티타늄 산화물(TiO2) 중 하나인 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제44항에 있어서,상기 전하 차단층은 홀 또는 전자의 전하 캐리어들을 상기 포획층으로 또는 상기 포획층으로부터 통과시키는 것에 의해 상기 채널 영역으로부터 상기 반전 모드 비휘발성 메모리 셀의 소거를 허용하도록 구성된 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제44항에 있어서,상기 반전 모드 비휘발성 메모리 셀은 상기 포획층에 2개의 데이터 값을 저장하도록 구성된 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제44항에 있어서,상기 반전 모드 비휘발성 메모리 셀은 상기 비대칭 밴드갭 터널 절연체층을 통한 상기 제어 게이트로부터 상기 포획층으로의 캐리어들의 직접 터널링에 의해 프로그램되도록 구성된 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제44항에 있어서,상기 반전 모드 비휘발성 메모리 셀은 상기 비대칭 밴드갭 터널 절연체층을 통한 상기 제어 게이트로부터의 캐리어들의 직접 터널링, Fowler-Nordheim 터널링, CHE(channel hot electron), 및 핫홀 주입 중 하나에 의해 소거되도록 구성된 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 제44항에 있어서,상기 제어 게이트는 상기 제어 게이트와 상기 비대칭 밴드갭 터널 절연체층 사이에 형성된 HfN, TaN, IrO2, 및 TiN 중 하나를 포함하는 패시베이션층을 더 포함하는 반전 모드 비휘발성 메모리 셀.
- 반전 모드 비휘발성 메모리 셀 구조를 형성하는 방법으로서,중재 채널 영역을 규정하는 제1 및 제2 소스/드레인 영역을 기판 상에 형성 하는 단계;상기 채널 영역 위에 전하 차단층을 형성하는 단계;상기 전하 차단층 위에 포획층을 형성하는 단계;상기 포획층 위에 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계 - 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역 오프셋의 층들을 포함함 -; 및상기 터널 절연체층 위에 제어 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
- 제55항에 있어서,상기 포획층 위에 형성된 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계는, 증가하는 전도 대역 오프셋의 유전체 재료의 2개 이상의 서브층들을 형성하는 단계를 더 포함하고,상기 유전체 재료의 2개 이상의 서브층들의 각각은 산화물, 혼합 산화물, 질화물, 산화질화물, 혼합 산화질화물, 및 실리케이트 중 하나로부터 선택되는 방법.
- 제56항에 있어서,상기 포획층 위에 형성된 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계는, 제1 및 제2 서브층이 SiO2 및 Pr2O3, SiO2 및 TiO2, 그리고 SiO2 및 HfO2 중 하나인 2개의 서브층들을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제56항에 있어서,상기 포획층 위에 형성된 2개 이상의 서브층들의 터널 절연체층을 형성하는 단계는, 제1, 제2, 및 제3 서브층이 SiO2, SiN, 및 HfO2; SiO2, HfO2, 및 Pr2O3; SiO2, HfO2, 및 TiO2; SiO2, 산소-풍부 SiON(약 1.5의 굴절율), 및 HfO2; 그리고 SiO2, Al2O3, 및 HfO2 중 하나인 3개의 서브층들을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제55항에 있어서,상기 포획층을 형성하는 단계는 플로팅 게이트, 플로팅 노드, 및 매립된 포획층 중 하나를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제59항에 있어서,상기 포획층을 형성하는 단계는 전하 포획의 깊은 전위 웰을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제59항에 있어서,상기 포획층을 형성하는 단계는, 산소-풍부 실리콘 산화질화물(SiON), 질소-풍부 실리콘 산화질화물(SiON), 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 질화물(SiN), 실리 콘-풍부 질화물(SRN), 하프늄 산화물(HfO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 및 티타늄 산화물(TiO2) 중 하나의 포획층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제55항에 있어서,상기 전하 차단층을 형성하는 단계는 높은 K의 유전체의 하나 이상의 서브층의 전하 차단층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제62항에 있어서,상기 높은 K의 유전체의 하나 이상의 서브층의 전하 차단층을 형성하는 단계는 하프늄 산화물(HfO2), 알루미나(Al2O3), Pr2O3, 및 티타늄 산화물(TiO2) 중 하나의 상기 하나 이상의 서브층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제55항에 있어서,N- 또는 P-도핑 채널 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 반전 모드 비휘발성 메모리 셀을 동작시키는 방법으로서,터널 절연체층을 통한 캐리어들의 직접 터널링에 의해 상기 반전 모드 비휘발성 메모리 셀을 프로그래밍하는 단계 - 상기 터널 절연체층은 상기 비휘발성 메모리 셀의 제어 게이트와 포획층 사이에 형성된 2개 이상의 서브층들을 가진 비대 칭 밴드갭 터널 절연체층이고, 상기 2개 이상의 서브층들은 증가하는 전도 대역 오프셋의 재료의 층들을 포함함 -; 및상기 캐리어들을, 채널 영역 위에 형성된 전하 차단층 위에 형성된 상기 포획층에 포획하는 단계를 포함하는 방법.
- 제65항에 있어서,상기 캐리어들을 채널 영역 위에 형성된 전하 차단층 위에 형성된 상기 포획층에 포획하는 단계는, 다수 비트 저장을 위해 상기 전하를 상기 반전 모드 비휘발성 메모리 셀의 소스/드레인 위에 국한되도록 포획하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제65항에 있어서,상기 포획층에 포획된 상기 캐리어들을 직접 터널링, Fowler-Nordheim 터널링, CHE(channel hot electron) 주입, 및 핫홀 주입 중 하나에 의해 상기 제어 게이트로부터 제거함으로써, 상기 반전 모드 비휘발성 메모리 셀을 소거하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제65항에 있어서,상기 채널 영역 위에 형성된 상기 전하 차단층을 통해 상기 포획층으로 또는 상기 포획층으로부터 상기 캐리어들을 수송하는 것에 의해, 상기 포획층에 포획된 상기 캐리어들을 제거함으로써, 상기 비휘발성 메모리 셀을 소거하는 단계를 더 포함하는 방법.
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