KR20090045653A - 다이오드-스토리지 노드를 포함하는 비휘발성 메모리 소자및 이를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이 - Google Patents

다이오드-스토리지 노드를 포함하는 비휘발성 메모리 소자및 이를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이 Download PDF

Info

Publication number
KR20090045653A
KR20090045653A KR1020070111584A KR20070111584A KR20090045653A KR 20090045653 A KR20090045653 A KR 20090045653A KR 1020070111584 A KR1020070111584 A KR 1020070111584A KR 20070111584 A KR20070111584 A KR 20070111584A KR 20090045653 A KR20090045653 A KR 20090045653A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diode
electrode
storage node
oxide semiconductor
oxide
Prior art date
Application number
KR1020070111584A
Other languages
English (en)
Inventor
김기환
박영수
강보수
이명재
이창범
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020070111584A priority Critical patent/KR20090045653A/ko
Priority to US12/216,529 priority patent/US8586978B2/en
Publication of KR20090045653A publication Critical patent/KR20090045653A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/36—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using diodes, e.g. as threshold elements, i.e. diodes assuming a stable ON-stage when driven above their threshold (S- or N-characteristic)
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/5685—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using storage elements comprising metal oxide memory material, e.g. perovskites
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0007—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising metal oxide memory material, e.g. perovskites
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/003—Cell access
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/102—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including bipolar components
    • H01L27/1021—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including bipolar components including diodes only
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • G11C2013/0073—Write using bi-directional cell biasing
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • G11C2013/009—Write using potential difference applied between cell electrodes
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • G11C2013/0092—Write characterized by the shape, e.g. form, length, amplitude of the write pulse
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/30—Resistive cell, memory material aspects
    • G11C2213/32—Material having simple binary metal oxide structure
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/70—Resistive array aspects
    • G11C2213/71—Three dimensional array
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/70—Resistive array aspects
    • G11C2213/72—Array wherein the access device being a diode
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/70—Resistive array aspects
    • G11C2213/73—Array where access device function, e.g. diode function, being merged with memorizing function of memory element
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/70—Resistive array aspects
    • G11C2213/76—Array using an access device for each cell which being not a transistor and not a diode

Abstract

본 발명은 고밀도 비휘발성 메모리 소자를 구현하기 위하여 별도로 형성된 스위칭 소자가 필요없이 간단한 구조로 구동할 수 있는 다이오드 특성을 지닌 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 메모리 어레이에 관한 것이다. 제 1전극; 상기 제1전극 상에 형성된 다이오드-스토리지 노드; 및 상기 다이오드-스토리지 노드 상에 형성된 제 2전극;을 포함하는 비휘발성 메모리 소자를 제공한다.
저항 변화 메모리, 다이오드, 비휘발성 메모리, 크로스 포인트

Description

다이오드-스토리지 노드를 포함하는 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이{Non-volatile Memory Device containing Diode-memory node and Cross-point Memory Array containing the Same}
본 발명은 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 메모리 어레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고밀도 비휘발성 메모리 소자를 구현하기 위하여 별도로 형성된 스위칭 소자가 필요없이 간단한 구조로 구동할 수 있는 다이오드 특성을 지닌 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 메모리 어레이에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자는 단위 면적당 많은 수의 메모리 셀이 형성되어 집적도가 높으며, 동작 속도가 빠르고 저전력에서 구동이 가능한 것이 바람직하다. 따라서, 이를 위해 많은 연구가 진행되어 왔으며, 다양한 종류의 메모리 소자들이 개발되고 있다.
통상 반도체 메모리 장치는 회로적으로 연결된 많은 메모리 셀들을 포함한다. 대표적인 반도체 메모리 장치인 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 경우, 단위 메모리 셀은 한 개의 스위치와 한 개의 커패시터로 구성되는 것이 일반적이다. DRAM은 집적도가 높고 동작 속도가 빠른 이점이 있다. 그러나, DRAM의 경우에 는 전원이 꺼진 후에는 저장된 데이타가 모두 소실되는 단점이 있다. 반면에 전원이 꺼진 후에도 저장된 데이타가 보존될 수 있는 비휘발성 메모리 소자의 대표적인 예가 플래쉬 메모리이다. 플래쉬 메모리는 휘발성 메모리와 달리 비휘발성의 특성을 지니고 있으나 DRAM에 비해 집적도가 낮고 동작 속도가 느린 단점이 있다.
현재, 많은 연구가 진행되고 있는 비휘발성 메모리 소자로, MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory) 및 RRAM(Resistance Random Access Memory) 등이 있다.
MRAM은 터널 접합에서의 자화 방향에 변화를 이용하여 데이타를 저장하는 방식이며, FRAM은 강유전체의 분극 특성을 이용하여 데이타를 저장하는 방식이다. 이들은 모두 각각의 장단점을 지니고 있으나, 기본적으로는 상술한 바와 같이, 집적도가 높으며, 고속의 동작 특성을 지니고, 저전력에서 구동가능하며, 데이타 리텐션(retention) 특성이 좋은 방향으로 연구 개발되고 있다. PRAM은 특정 물질의 상변화에 따른 저항 값의 변화를 이용하여 데이타를 저장하는 방식이며, 한 개의 저항체와 한 개의 스위치(트랜지스터)를 지닌 구조를 지니고 있다. PRAM에 사용되는 저항체는 캘코게나이드(calcogenide) 저항체인데, 이는 형성 온도를 조절하여 결정질 또는 비정질 상태가 된다. 통상 비정질 상태에서의 저항이 결정질일 때보다 높으므로 이를 이용하여 메모리 소자를 형성시키는 것이다.
RRAM(resistance random access memory)은 인가 전압에 따라 저항 값이 달라지는 특성(저항 변환 특성)을 이용한 것으로, 이러한 저항변환 특성을 나타내는 물질로는 PCMO와 같은 초거대 자기저항 물질, 이성분계 전이 금속 산화물, 강유전체, 이온 이동도가 큰 물질을 도핑한 PMC 물질(Programmable Metallization Cell)등이 개시되었다. 이중 이성분계 전이금속 산화물로는 ZnO, TiO2, Nb2O5, ZrO2 또는 NiO 등이 예시된다.
한편 크로스 포인트 어레이 구조로 RRAM을 형성하기 위해서는 이웃 셀과의 간섭 없이 정보를 기록, 판독하기 위해서는 별도의 스위치(switch) 구조가 필요하다. 따라서, 통상 메모리 소자는 트랜지스터 구조체 또는 다이오드 구조체와 연결된 구조를 지니고 있다.
본 발명은 스토리지 노드 자체가 다이오드 기능을 나타내는 비휘발성 메모리소자 및 이를 포함하는 메모리 어레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 측면은 제 1전극; 상기 제 1전극 상에 형성된 다이오드-스토리지 노드; 및 상기 다이오드-스토리지 노드 상에 형성된 제 2전극을 포함하는 비휘발성 메모리 소자에 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 다이오드-스토리지 노드는 p-n 정션을 포함하거나, 전극과의 계면에 쇼트키 콘택(Schottky Contact)을 형성하여 다이오드 기능 및 정보 저장기능을 함께 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 상기 비휘발성 메모리 소자에 역으로 바이어스된 펄스를 가하여 상기 다이오드-스토리지 노드를 흐르는 전류량을 변화시켜 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자 프로그래밍 방법에 관련된다.
이때 스토리지 노드에 인가되는 바이어스 펄스의 크기를 변화시킴에 의해 멀티빗으로 정보를 저장하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면은 제 1방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 제 1전극 라인들; 제 2방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 제 2전극 라인들; 및 상기 제 1전극 라인과 제 2전극라인의 교차점에 형성되는 다이오드-스토리지 노드로 이루어지는 크로스 포인트 메모리 어레이에 관련된다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 크로스 포인트 메모리 어레이는 2층 이상의 적층 구조로 형성하는 것이 가능하다. 추가로 적층되는 크로스 포인트 메모리 어레이는 제 2전극 상에 제 1방향으로 형성된 제 3전극 라인들 및 상기 제 2전극과 제 3전극의 교차점 사이에 추가적인 다이오드-스토리지 노드가 형성된 적층 구조인 것을 특징으로 하는 크로스 포인트 메모리 어레이에 관련된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 다이오드 특성을 지닌 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 메모리 어레이에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 여기서, 도면에 도시된 각 층의 두께 및 폭은 설명을 위하여 다소 과장되게 표현되었음을 유의하여야 한다.
본 발명의 명세서 상에서 전류 또는 전압의 인가에 의해 다이오드-스토리지 노드는 다이오드 기능과 정보저장 기능을 동시에 수행하는 단위 구조체를 말한다.
도 1은 본 발명의 구현예에 의한 다이오드 특성을 지닌 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 단면도이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 구현예에 의한 다이오드 특성을 지닌 비휘발성 메모리 소자는 제 1전극(20), n형 산화물층(32) 및 p형 산화물층(34)을 포함하는 다이오드-스토리지 노드(30) 및 제 2전극(40)이 순차적으로 형성된 구조를 지니고 있다.
상기 제1 전극(20) 또는 제2 전극(40)은 전기 전도성을 지닌 금속 또는 금속 산화물로 형성되며, 구체적으로 Pt, Ir 등의 백금족 원소, Mo 등의 고융점 금 속(Refractory Metal), Ni, Pd 또는 이들의 산화물이 예시되나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다이오드-스토리지 노드(30)는 n형 산화물층(32) 및 p형 산화물층(34)을 포함하며, n형 산화물층(32)과 p형 산화물층(34) 사이에서 p-n 정션을 형성한 구조이다. 상기 다이오드-스토리지 노드(30)에 정보를 저장하는 방법은 p-n 정션에 역방향으로 바이어스 전압을 인가함으로서 가능하다. 제 1전극(20) 및 2전극(40)을 통하여 역방향으로 바이어스 전압을 인가함으로서 온 전류(on current)가 변화하게 되면, 다이오드-스토리지 노드(30)에 저장된 데이터 정보를 판독하게 된다. 구체적으로 읽기 전압 인가시 측정된 전류 값의 크기 차이에 의해 데이터 저장 유무(0 or 1)을 판단하게 된다. 아울러 다이오드-스토리지 노드에 인가되는 역방향 바이어스 전압의 크기에 따라 추후 스토리지 노드에 흐르는 온 전류(on current) 량이 달라짐으로 인해 멀티빗(multi-bit)으로 정보를 저장하는 것도 가능하게 된다.
도 2a 및 도 2b는 상기 본 발명의 실시예에 따른 다이오드 스토리지 노드의 동작원리를 나타내기 위한 시간에 따른 전압 파형도이다. 도 2a를 참조하면, p-n 정션을 포함하는 다이오드-스토리지 노드(30)에 정방향으로 읽기(reading) 전압을 인가하면 낮은 저항 상태로 높은 전류가 흐르는 오프(off) 상태가 읽히게 된다. 그리고, 다이오드-스토리지 노드(30)에 비교적 높은 역방향 전압을 인가하여 기록(writing)을 한다. 다시 정방향으로 읽기(reading)전압을 인가하면 다이오드의 증가된 저항값으로 인하여 낮은 전류(low current)가 흐르는 온(on) 상태가 된다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다이오드 스토리지 노드의 멀티 빗(multi-bit) 구현을 설명하는 것으로, 역방향 인가전압의 크기를 달리 하면 온 스테이트(on state)의 상태를 3개 이상으로 분리하여 멀티빗(multi-bit)이 가능함을 보여준다. 역방향 전압의 크기가 크면 클 수록 다이오드의 온 스테이트(on state)의 저항 값이 커지게 되어 온 전류(on current) 량은 줄어들게 된다. 도 2b에서 다이오드-스토리지 노드에서의 온 전류(on current) 량은 Off > On 1> On 2> On 3 순서로 된다. 도 2b에서와 같이 최소한 4개의 State의 정의할 수 있기 때문에 멀티빗(multi-bit)의 구현이 가능해진다.
상기 n형 산화물층(32)은 Zn 산화물, In 산화물, Zn-In 복합 산화물 등이 예시되며, 상기 p형 산화물층(34)으로는 CuO, NiO, TiO2, HfO, ZrO, WO3, CoO, Nb2O5 등이 예시되나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3a 및 3b는 제 1전극 및 제 2전극으로 Pt를 사용한 비휘발성 메모리 셀의 전압-전류 밀도(Voltage-Current density) 곡선을 나타낸 그래프이다. 여기서, p형 산화물층으로 CuO를 사용하고, n형 산화물층으로 InZnO를 사용하였다. 도 3a는 로그 스케일의 곡선을 나타내며, 도 3b는 선형 스케일의 곡선을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 소자 형성 상태(as-depo)의 온 전류(on current) 량보다 역방향으로 바이어스 펄스를 인가한 상태의 온 전류(on current) 량이 감소하였음을 알 수 있으며, 나아가 역방향으로 인가되는 바이어스 펄스의 크기를 변화시킴에 의해 셀의 on current 역시 변화됨을 알 수 있다.
또한 도 3a 및 3b의 그래프에서는 역 바이어스 펄스 인가 이후에도 음전압 영역에서의 전류 흐름이 억제됨을 확인할 수 있으며, 이로부터 정보기록 작업 이후에서 스토리지 노드의 다이오드 특성이 그대로 유지되어 별도의 스위칭 소자가 부가되지 않아도 이웃 셀과의 간섭없이 저장된 정보의 판독이 가능함을 예측할 수 있다.
도 4은 본 발명의 제 2구현예에 따른 다이오드 특성을 지는 비휘발성 메모리 소자의 단면도이다
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2구현예에 의한 다이오드 특성을 지닌 비휘발성 메모리 소자는 제 1전극(20), 산화물 반도체 물질층으로 이루어지는 다이오드-스토리지 노드(30) 및 제2 전극(40)이 순차적으로 형성된 구조를 가지고 있다.
상기 제 1전극(20) 또는 제 2전극(40)은 전기 전도성을 지닌 금속 또는 금속 산화물로 형성되며, 구체적으로 Pt, Ir 등의 백금족 원소, Mo 등의 고융점 금속(Refractory Metal), Ni, Pd 또는 이들의 산화물이 예시되나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다이오드-스토리지 노드(30)는 상기 제 1전극 또는 제 2전극의 계면에서 쇼트키 정션을 형성하는 물질로 이루어진다. 이러한 물질로는 구체적으로 Zn 산화물, In 산화물, Zn-In 복합 산화물 등이 예시된다.
한편 상기 다이오드-스토리지 노드(30)는 다이오드 기능 이외에도 정보 저장기능을 동시에 수행한다. 상기 다이오드-스토리지 노드(30)에 정보를 저장하는 방법은 다이오드-스토리지 노드(30)와 제 1전극 또는 제 2전극 사이에 형성된 쇼트키 정션에 역방향으로 바이어스 전압을 인가함으로서 가능하다. 제 1전극(20) 및 제 2전극(40)을 통하여 역방향으로 바이어스 접압을 인가함으로서 다이오드-스토리지 노드의 온 전류(on current)가 변화하게 되면, 이로부터 저장된 데이터 정보를 판독하게 된다. 아울러 다이오드-스토리지 노드에 인가되는 역방향 바이어스 전압의 크기에 따라 추후 스토리지 노드에 흐르는 온 전류(on current)가 달라짐으로 인해 멀티빗으로 정보를 저장하는 것도 가능하게 된다.
도 5a 및 5b는 다이오드-스토리지 노드로는 InZnO를 사용하고, 제 1전극 및 제 2전극으로는 Pt를 사용한 비휘발성 메모리 소자의 전압-전류 밀도(voltage-current density) 커브 특성을 나타낸 그래프이다. 도 5a 및 5b로부터 확인할 수 있듯이 -5V의 역바이어스 펄스 인가후 온 전류(on current)가 감소하여 이로부터 정보를 저장하는 것이 가능하다. 또한 도 5a 및 5b의 그래프에서는 역 바이어스 펄스 인가 이후에도 음전압 영역에서의 전류 흐름이 억제됨을 확인할 수 있으며, 이로부터 정보기록 작업 이후에서 스토리지 노드의 다이오드 특성이 그대로 유지되어 별도의 스위칭 소자가 부가되지 않아도 이웃 셀과의 간섭없이 저장된 정보의 판독이 가능함을 예측할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3구현예에 따른 비휘발성 크로스 포인트 메모리 어레이의 구조를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 구현예에 따른 비휘발성 크로스 포인트 메모리 어레이는 제 1방향으로 형성된 다수의 제 1전극 라인들(200)과 제 2방향으로 형성된 다수의 제 2전극 라인(400)들의 교차점 사이에 다이오드 스토리지 노드(300)를 형성한 구조를 나 타낸다. 이러한 구조에 따르면 제 1전극과 제 2전극의 교차점에서 본 발명의 일실시예에 따른 비휘발성 메모리 셀이 형성되어 있다.
상기 다이오드-스토리지 노드로의 정보 저장은 다수의 제 1전극 라인(200) 중 하나를 선택하고 마찮가지로 다수의 제 2전극 라인(400)들 중 하나를 선택한 후 이를 통하여 역 바이어스 전압을 가하여 다이오드-스토리지 노드(300)의 온 전류(on-current) 값을 변화시켜 이루어진다. 그 후 동일 스토리지 노드(300)에 읽기 전압 부가시, 측정되는 전류 값의 차이에 따라 정보 저장유무 (0 or 1)을 판단한다.
한편 정보 저장시 인가되는 바이어스 전압의 크기에 따라 온 전류(on-current) 값을 조절하는 것이 가능하므로, 멀티빗으로 정보를 저장하고 판독하는 것 역시 가능해진다.
상기 도 6에서는 1층 구조로 도시되어 있으나, 그 이외에도 제 2전극 라인(400)을 공통전극으로 하여 제 2다이오드-스토리지 노드(500) 및 제 3전극 라인(600)을 형성한 도 7의 구조로 형성하는 것도 가능하다. 혹은 이와는 달리 제 1다이오드-스토리지 노드의 상부 전극 및 제 2다이오드 스토리지 노드의 하부 전극을 절연체를 통하여 분리하여 2층 구조로 별도로 형성하는 구조도 가능하다. (미도시)
도 1은 본 발명의 제 1 구현예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 구동원리를 나타내기 위한 파형도이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 JV 커브를 나타낸 도면이고,
도 4은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도이고,
도 5a 및 5b는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 JV 커브를 나타낸 도면이고,
도 6는 본 발명의 제3 구현예에 따른 크로스 포인트 메모리 어레이의 사시도이고,
도 7은 본 발명의 제3 구현예에 따른 크로스 포인트 메모리 어레이의 적층 구조를 나타낸 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20...제 1전극, 30, 300... 다이오드 스토리지 노드
32...n형 산화물층 34... p형 산화물층
40... 전극
200...제 1전극 라인 400... 제 2전극 라인
600...제 3전극 라인

Claims (19)

  1. 제 1전극;
    상기 제1전극 상에 형성된 다이오드-스토리지 노드; 및
    상기 다이오드-스토리지 노드 상에 형성된 제 2전극;을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다이오드-스토리지 노드는 p형 산화물 반도체층 및 n형 산화물 반도체층을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 p형 산화물 반도체층은 CuO, NiO, TiO2, HfO, ZrO, WO3, CoO, 및 Nb2O5로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 것이며,
    상기 n형 산화물 반도체층은 Zn 산화물, In 산화물 및 Zn-In 복합 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 비휘발성 메모리 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 다이오드-스토리지 노드는 CuO층 및 InZnO층을 포함하며, 상기 제 1전 극 및 제 2전극은 Pt를 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스토리지 노드는 상기 제 1전극 또는 제 2전극과 쇼트키 정션을 형성하는 산화물 반도체 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 산화물 반도체 물질은 반도체층은 Zn 산화물, In 산화물 및 Zn-In 복합 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질로 형성된 비휘발성 메모리 소자.
  7. 제 5항에 있어서
    상기 다이오드-스토리지 노드는 InZnO 물질을 포함하며, 상기 상부전극 및 하부전극은 Pt을 포함하는 비휘발성 메모리 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 비휘발성 메모리 소자는 멀티빗으로 정보를 저장하는 비휘발성 메모리 소자.
  9. 제 1방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 제 1전극 라인들;
    제 2방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 제 2전극 라인들; 및
    상기 제 1전극 라인과 제 2전극라인의 교차점에 형성되는 다이오드-스토리지 노드를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 다이오드-스토리지 노드는 p형 산화물 반도체층 및 n형 산화물 반도체층을 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 p형 산화물 반도체층은 CuO, NiO, TiO2, HfO, ZrO, WO3, CoO, 및 Nb2O5로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하며,
    상기 n형 산화물 반도체층은 Zn 산화물, In 산화물 및 Zn-In 복합 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 다이오드-스토리지 노드는 CuO층 및 InZnO층을 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 Pt을 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 스토리지 노드는 상기 제 1전극 또는 제 2전극과 쇼트키 정션을 형성하는 산화물 반도체 물질을 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 산화물 반도체 물질은 반도체층은 Zn 산화물, In 산화물 및 Zn-In 복합 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이.
  15. 제 13항에 있어서
    상기 다이오드-스토리지 노드는 InZnO 물질을 포함하며, 상기 상부전극 및 하부전극은 Pt를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 비휘발성 메모리 소자는 멀티빗으로 정보를 저장하는 비휘발성 메모리 소자.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2전극 상에 제 1방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 제 3전극 및 상기 제 2전극과 제 3전극의 교차점 사이에 추가적인 다이오드-스토리지 노드가 형성된 적층 구조인 크로스 포인트 어레이.
  18. 제 1전극; 상기 제 1전극 상에 형성된 다이오드-스토리지 노드; 및 상기 다이오드-스토리지 노드 상에 형성된 제 2전극;을 포함하는 비휘발성 메모리 소자를 프로그래밍 하는 방법에 있어서,
    상기 다이오드-스토리지 노드에 역으로 바이어스된 펄스를 가하여 상기 다이오드-스토리지 노드를 흐르는 전류량을 변화시켜 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자 프로그래밍 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 펄스의 크기를 조절하여 멀티빗으로 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자 프로그래밍 방법.
KR1020070111584A 2007-11-02 2007-11-02 다이오드-스토리지 노드를 포함하는 비휘발성 메모리 소자및 이를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이 KR20090045653A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070111584A KR20090045653A (ko) 2007-11-02 2007-11-02 다이오드-스토리지 노드를 포함하는 비휘발성 메모리 소자및 이를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이
US12/216,529 US8586978B2 (en) 2007-11-02 2008-07-07 Non-volatile memory device including diode-storage node and cross-point memory array including the non-volatile memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070111584A KR20090045653A (ko) 2007-11-02 2007-11-02 다이오드-스토리지 노드를 포함하는 비휘발성 메모리 소자및 이를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090045653A true KR20090045653A (ko) 2009-05-08

Family

ID=40587937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070111584A KR20090045653A (ko) 2007-11-02 2007-11-02 다이오드-스토리지 노드를 포함하는 비휘발성 메모리 소자및 이를 포함하는 크로스 포인트 메모리 어레이

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8586978B2 (ko)
KR (1) KR20090045653A (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101034838B1 (ko) * 2009-12-08 2011-05-17 서울대학교산학협력단 고속 스위칭 저항 변화 기록소자 및 저항 변화 기록소자 스위칭 방법
KR101124403B1 (ko) * 2010-06-11 2012-03-20 광주과학기술원 크로스포인트 구조를 갖는 저항변화메모리의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 크로스포인트 구조를 갖는 저항변화메모리
US9105837B2 (en) 2010-03-10 2015-08-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Bipolar memory cells and memory devices including the same
KR20160145797A (ko) * 2014-06-25 2016-12-20 인텔 코포레이션 크로스-포인트 메모리에서의 가열기로서의 열 디스터브
KR20190060006A (ko) * 2016-10-28 2019-05-31 마이크론 테크놀로지, 인크. 메모리 셀을 포함하는 장치 및 이의 동작 방법
WO2019226000A1 (ko) * 2018-05-24 2019-11-28 한양대학교 산학협력단 선택소자 일체형 상변화 메모리 및 그 제조 방법
KR20200075536A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 한양대학교 산학협력단 전극과의 접촉 계면의 쇼트키 다이오드 특성을 이용하는 선택 소자 및 이를 포함하는 상변화 메모리 소자
US11074971B2 (en) 2015-11-04 2021-07-27 Micron Technology, Inc. Apparatuses and methods including memory and operation of same
US11482280B2 (en) 2016-08-08 2022-10-25 Micron Technology, Inc. Apparatuses including multi-level memory cells and methods of operation of same
KR102540990B1 (ko) * 2022-06-09 2023-06-08 인하대학교 산학협력단 고신뢰성 물리적 복제불가 함수 기술

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101055748B1 (ko) * 2009-10-23 2011-08-11 주식회사 하이닉스반도체 저항 변화 장치 및 그 제조방법
US8395140B2 (en) 2010-07-09 2013-03-12 Micron Technology, Inc. Cross-point memory utilizing Ru/Si diode
CN102694118A (zh) * 2011-03-22 2012-09-26 中国科学院微电子研究所 阻变存储器及其制造方法
US10331360B2 (en) * 2016-09-29 2019-06-25 Intel Corporation Scalable bandwidth non-volatile memory
CN112204746A (zh) * 2018-05-24 2021-01-08 三星电子株式会社 集成有选择元件的相变存储器及其制造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7042035B2 (en) * 2002-08-02 2006-05-09 Unity Semiconductor Corporation Memory array with high temperature wiring
US7719001B2 (en) * 2006-06-28 2010-05-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Semiconductor device with metal oxides and an organic compound
KR100738116B1 (ko) * 2006-07-06 2007-07-12 삼성전자주식회사 가변 저항 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자
JP5422552B2 (ja) * 2007-05-09 2014-02-19 インターモレキュラー， インコーポレイテッド 抵抗性スイッチング不揮発性メモリ要素

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101034838B1 (ko) * 2009-12-08 2011-05-17 서울대학교산학협력단 고속 스위칭 저항 변화 기록소자 및 저항 변화 기록소자 스위칭 방법
US9105837B2 (en) 2010-03-10 2015-08-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Bipolar memory cells and memory devices including the same
KR101124403B1 (ko) * 2010-06-11 2012-03-20 광주과학기술원 크로스포인트 구조를 갖는 저항변화메모리의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 크로스포인트 구조를 갖는 저항변화메모리
KR20160145797A (ko) * 2014-06-25 2016-12-20 인텔 코포레이션 크로스-포인트 메모리에서의 가열기로서의 열 디스터브
US11074971B2 (en) 2015-11-04 2021-07-27 Micron Technology, Inc. Apparatuses and methods including memory and operation of same
US11615844B2 (en) 2015-11-04 2023-03-28 Micron Technology, Inc. Apparatuses and methods including memory and operation of same
US11482280B2 (en) 2016-08-08 2022-10-25 Micron Technology, Inc. Apparatuses including multi-level memory cells and methods of operation of same
US11798620B2 (en) 2016-08-08 2023-10-24 Micron Technology, Inc. Apparatuses including multi-level memory cells and methods of operation of same
KR20210094130A (ko) * 2016-10-28 2021-07-28 마이크론 테크놀로지, 인크. 메모리 셀을 포함하는 장치 및 이의 동작 방법
KR20190060006A (ko) * 2016-10-28 2019-05-31 마이크론 테크놀로지, 인크. 메모리 셀을 포함하는 장치 및 이의 동작 방법
WO2019226000A1 (ko) * 2018-05-24 2019-11-28 한양대학교 산학협력단 선택소자 일체형 상변화 메모리 및 그 제조 방법
KR20200075536A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 한양대학교 산학협력단 전극과의 접촉 계면의 쇼트키 다이오드 특성을 이용하는 선택 소자 및 이를 포함하는 상변화 메모리 소자
KR102540990B1 (ko) * 2022-06-09 2023-06-08 인하대학교 산학협력단 고신뢰성 물리적 복제불가 함수 기술

Also Published As

Publication number Publication date
US8586978B2 (en) 2013-11-19
US20090116272A1 (en) 2009-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8586978B2 (en) Non-volatile memory device including diode-storage node and cross-point memory array including the non-volatile memory device
KR101176542B1 (ko) 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 메모리 어레이
JP5028011B2 (ja) 二種の抵抗体を含む不揮発性メモリ素子
US7602042B2 (en) Nonvolatile memory device, array of nonvolatile memory devices, and methods of making the same
Burr et al. Access devices for 3D crosspoint memory
KR100682895B1 (ko) 다양한 저항 상태를 지닌 저항체를 이용한 비휘발성메모리 소자 및 그 작동 방법
US7821809B2 (en) Nonvolatile memory device and method including resistor and transistor
JP4698630B2 (ja) 下部電極上に形成されたバッファ層を備える可変抵抗メモリ素子
US8642989B2 (en) Resistive random access memory cell and memory
KR101350979B1 (ko) 저항성 메모리 소자 및 그 제조 방법
JP6750507B2 (ja) 選択素子およびメモリセルならびに記憶装置
KR20150086182A (ko) 스위치 소자 및 기억 장치
KR20130097139A (ko) 저항-스위칭 층들을 구비한 메모리 셀의 구성
US9978941B2 (en) Self-rectifying resistive random access memory cell structure
KR100902504B1 (ko) 비정질 고체 전해질층을 포함하는 저항성 메모리 소자 및그 동작 방법
US20100034010A1 (en) Memory devices with concentrated electrical fields
Burr et al. Select device concepts for crossbar arrays
KR101787751B1 (ko) 오믹 접합층을 가지는 저항변화 메모리
Tran Transition metal oxide based resistive RAM for high density non-vilatile memory

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application