KR20090067996A - Non-volatile memory device having charge trapping layer and method for programming the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 불휘발성 메모리소자 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자 및 그 프로그램 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory device and a driving method thereof, and more particularly to a nonvolatile memory device having a charge trap layer and a program method thereof.
낸드형 불휘발성 메모리(NAND type non-volatile memory) 소자는 전기적으로 프로그램(program) 및 소거(erase)가 가능한 불휘발성 메모리소자로서, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 캠코더(camcoder), 노트북 컴퓨터, PDA, 셀룰러폰(cellular phone) 등의 휴대용 가전(portable electronics)과 컴퓨터 바이오스(BIOS), 프린터, USB 드라이브(drive) 등에 널리 사용된다.NAND type non-volatile memory (NAND type non-volatile memory) is a nonvolatile memory device that can be electrically programmed and erased, MP3 player, digital camera, camcorder, notebook computer, PDA, It is widely used in portable electronics such as cellular phones, computer bios, printers, and USB drives.
낸드형 불휘발성 메모리소자는 폴리실리콘막을 아이피오(IPO; Inter-Poly Oxide)로 캡핑(capping)하고 있는 플로팅게이트 구조를 갖는 것이 대부분이다. 플로팅게이트형 불휘발성 메모리소자는 확장성(extendibility)이 우수하여 최근에는 멀티 레벨 칩(multi-level chip)까지 개발이 진행되고 있다. 그러나, 최근에는 플로팅게이트를 적용한 불휘발성 메모리소자의 고집적화가 급격히 이루어짐에 따라 인접 셀의 차지(charge) 상태에 따라 문턱전압이 급격하게 변화되는 간섭(interference) 또는 커플링 문제가 심각하게 대두되고 있다. 따라서, 이러한 인접 셀 간의 간섭을 극복하기 위한 새로운 셀 구조에 대한 시도가 이루어지고 있다. 최근에는 메모리소자의 집적도가 증가하더라도 셀 간에 간섭현상이 덜 발생하는 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자에 대한 관심이 증대되고 있다. 전하트랩층(charge trapping layer)을 갖는 불휘발성 메모리소자의 하나인 SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) 소자는 내부에 채널영역을 갖는 실리콘기판, 터널링층(tunneling layer), 전하트랩층, 차폐층(blocking layer) 및 컨트롤게이트전극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.Most NAND type nonvolatile memory devices have a floating gate structure in which a polysilicon film is capped with an inter-poly oxide (IPO). Floating gate type nonvolatile memory devices are excellent in extensibility, and thus, the development of multi-level chips has recently been performed. However, recently, as the integration of nonvolatile memory devices using floating gates is rapidly integrated, interference or coupling problems, in which threshold voltages are rapidly changed according to charge states of adjacent cells, have become serious. . Accordingly, attempts have been made to a new cell structure to overcome such interference between adjacent cells. Recently, interest in nonvolatile memory devices having a charge trap layer having less interference between cells even though the degree of integration of memory devices is increased has increased. Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon (SONOS), a nonvolatile memory device having a charge trapping layer, has a silicon substrate, a tunneling layer, and a charge trapping layer having a channel region therein. A blocking layer and a control gate electrode are sequentially stacked.
이와 같은 구조의 SONOS 소자에서, 컨트롤게이트전극을 양으로 대전시키고 소스/드레인으로 적절한 바이어스를 인가하면, 반도체기판의 채널영역으로부터 열전자들(hot electrons)이 전하트랩층 내의 트랩 사이트(trap site)로 트랩된다. 이것이 메모리 셀에 쓰거나(writing), 또는 메모리 셀을 프로그램하는(programming) 동작이다. 반면에, 컨트롤게이트전극을 음으로 대전시키고 소스/드레인으로 적절한 바이어스를 인가시키면, 반도체기판의 채널영역으로부터 홀들(holes)이 전하트랩층 내의 트랩 사이트로 트랩된다. 전하트랩층으로 트랩된 홀들은 이미 트랩 사이트 내에 있는 여분의 전자들과 재결합하는데, 이것이 프로그램된 메모리셀을 소거시키는(erasing) 동작이다.In a SONOS device having such a structure, when the control gate electrode is positively charged and an appropriate bias is applied to the source / drain, hot electrons are transferred from the channel region of the semiconductor substrate to the trap site in the charge trap layer. Trapped. This is the operation of writing to or programming a memory cell. On the other hand, when the control gate electrode is negatively charged and an appropriate bias is applied to the source / drain, holes are trapped from the channel region of the semiconductor substrate to the trap site in the charge trap layer. The holes trapped in the charge trap layer recombine with the extra electrons already in the trap site, which is the operation of erasing the programmed memory cell.
전하트랩 소자를 포함하는 낸드형 불휘발성 메모리는 일반적으로, 소스라인과 비트라인 사이에 직렬로 연결된 다수의 메모리 셀들과, 소스라인측의 소스 선택 트랜지스터 및 비트라인측의 드레인 선택 트랜지스터로 구성되는 다수의 셀 스트링으로 이루어진다. 이러한 전하트랩 소자에서 선택 트랜지스터는 메모리 셀에 데이터를 프로그램할 때 또는 메모리 셀의 프로그램 또는 소거 상태를 검증(verify)하는 동작에서 요구되는 셀 스트링을 선택하기 위한 온/오프(on/off) 동작을 수행하는 역할을 한다. 즉, 셀을 프로그램하거나 검증하기 위한 바이어스를 전달하는 동작을 수행하는 데 이용되거나, 전류를 흘려보내기 위한 동작 또는 전류를 차단하기 위한 스위칭 동작 등 일반적인 트랜지스터의 온/오프 특성을 이용하는 것이 일반적이다.A NAND type nonvolatile memory including a charge trap element generally includes a plurality of memory cells connected in series between a source line and a bit line, a source select transistor on the source line side, and a drain select transistor on the bit line side. Consists of a cell string. In such a charge trap device, the selection transistor performs an on / off operation for selecting a cell string required when programming data into a memory cell or verifying a program or erase state of the memory cell. It plays a role. That is, it is common to use on / off characteristics of general transistors, such as to perform an operation of transferring a bias for programming or verifying a cell, or to operate a current to flow or a switching operation to block a current.
반도체 메모리소자의 고집적화에 부응하여 불휘발성 메모리소자의 경우에도 보다 많은 저장용량을 가지면서 고효율의 프로그램 동작을 수행할 수 있는 메모리소자가 요구되고 있다. 따라서, 선택 트랜지스터를 데이터 저장에 활용할 수 있다면 메모리 셀의 물리적인 크기를 증가시키지 않으면서 저장용량을 증대시킬 수 있을 것이다.In response to the high integration of semiconductor memory devices, there is a demand for a memory device capable of performing a highly efficient program operation with a higher storage capacity even in a nonvolatile memory device. Thus, if the selection transistor can be utilized for data storage, the storage capacity can be increased without increasing the physical size of the memory cell.
본 발명은 메모리 셀의 크기를 증가시키지 않으면서 데이터 저장용량을 증가시킬 수 있는 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자 및 그 프로그램 방법을 제공한다.The present invention provides a nonvolatile memory device having a charge trap layer capable of increasing data storage capacity without increasing the size of a memory cell, and a program method thereof.
본 발명에 따른 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자는 드레인 및 소스 선택 트랜지스터와, 상기 드레인 선택 트랜지스터와 소스 선택 트랜지스터 사이에 직렬 연결된 복수개의 메모리 셀로 이루어진 셀 스트링이 다수개 배열된 불휘발성 메모리소자에 있어서, 상기 드레인 선택 트랜지스터 또는 소스 선택 트랜지스터 중 적어도 어느 하나는, 데이터를 프로그램할 수 있도록 상기 메모리 셀과 동일한 셀 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.A nonvolatile memory device having a charge trap layer according to the present invention is a nonvolatile memory device including a drain and a source select transistor, and a plurality of cell strings including a plurality of memory cells connected in series between the drain select transistor and the source select transistor. The at least one of the drain select transistor and the source select transistor may have the same cell structure as that of the memory cell so that data can be programmed.
상기 메모리 셀은, 기판에 형성된 채널영역, 및 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 터널링층, 전하트랩층, 차폐층 및 컨트롤게이트전극을 구비하는 것이 바람직하다.The memory cell may include a channel region formed on a substrate, and a tunneling layer, a charge trap layer, a shielding layer, and a control gate electrode sequentially stacked on the substrate.
본 발명에 따른 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자의 프로그램 방법은, 복수 개의 메모리 셀과, 상기 메모리 셀과 동일한 구조를 갖는 드레인 및 소스 선택 트랜지스터로 이루어진 셀 스트링이 다수 개 배열된 불휘발성 메모리소자의 프로그램 방법에 있어서, 프로그램할 선택 트랜지스터가 연결된 셀 스트링의 채널을 일정 레벨로 부스팅(boosting)시키는 단계, 및 상기 선택 트랜지스터의 게이트에 턴 온 전압을 인가하여 핫 일렉트론 인젝션(hot electron injection)에 의해 상기 선택 트랜지스터가 프로그램되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of programming a nonvolatile memory device having a charge trap layer according to the present invention includes a nonvolatile memory device in which a plurality of memory strings and a plurality of cell strings including drain and source select transistors having the same structure as the memory cell are arranged. A method of programming, the method comprising: boosting a channel of a cell string to which a selection transistor to be programmed is connected to a predetermined level, and applying a turn-on voltage to a gate of the selection transistor by hot electron injection. And causing the selection transistor to be programmed.
상기 선택 트랜지스터는, 기판에 형성된 채널영역, 및 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 터널링층, 전하트랩층, 차폐층 및 컨트롤게이트전극을 구비할 수 있다.The selection transistor may include a channel region formed on a substrate, and a tunneling layer, a charge trap layer, a shielding layer, and a control gate electrode sequentially stacked on the substrate.
상기 프로그램할 선택 트랜지스터가 연결된 셀 스트링의 채널을 부스팅시키는 단계는, 상기 드레인 선택 트랜지스터를 턴 온시키고, 상기 소스 선택 트랜지스터를 턴 오프시키는 단계, 및 상기 프로그램할 선택 트랜지스터와 연결된 비트라인에는 전원전압(Vcc) 이상의 전압을 인가하고, 다른 비트라인에는 접지전압을 인가할 수 있다.The boosting of the channel of the cell string to which the select transistor to be programmed is performed may include turning on the drain select transistor, turning off the source select transistor, and a bit line connected to the select transistor to be programmed. A voltage of Vcc) or more may be applied, and a ground voltage may be applied to another bit line.
상기 선택 트랜지스터의 게이트에 인가하는 턴 온 전압은 1.0 ∼ 4.0V일 수 있다.The turn-on voltage applied to the gate of the selection transistor may be 1.0 to 4.0V.
상기 선택 트랜지스터가 프로그램되도록 하는 단계에서, 드레인 선택 트랜지스터 또는 소스 선택 트랜지스터 중 어느 하나를 프로그램하거나, 드레인 선택 트랜지스터 및 소스 선택 트랜지스터를 프로그램할 수 있다.In the step of allowing the selection transistor to be programmed, either the drain selection transistor or the source selection transistor may be programmed, or the drain selection transistor and the source selection transistor may be programmed.
본 발명에 따르면, 선택 트랜지스터를 메모리 셀 트랜지스터와 동일한 구조로 하고, 통상 셀 스트링을 선택하기 위한 온/오프(on/off) 동작만을 수행하던 선택 트랜지스터를 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀로 활용하는 방법을 제시함으로써, 메모리소자의 데이터 저장 용량을 크게 증가시킬 수 있다.According to the present invention, a method of using a select transistor having the same structure as a memory cell transistor and using a select transistor that normally performs only an on / off operation for selecting a cell string as a memory cell capable of storing data is provided. By presenting, the data storage capacity of the memory element can be greatly increased.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으 며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as limited by the embodiments described below.
본 발명은 선택 트랜지스터를 메모리 셀 트랜지스터와 동일한 구조로 하고, 통상 셀 스트링을 선택하기 위한 온/오프(on/off) 동작만을 수행하던 선택 트랜지스터를 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀로 활용하는 방법을 제시함으로써, 메모리소자의 데이터 저장 용량을 크게 증가시킬 수 있다.The present invention provides a method of using a select transistor having the same structure as a memory cell transistor and using the select transistor, which normally performs only on / off operations for selecting a cell string, as a memory cell capable of storing data. In addition, the data storage capacity of the memory device can be greatly increased.
도 1은 낸드형 불휘발성 메모리소자의 셀 스트링 배열을 나타내보인 도면이다.1 illustrates a cell string array of a NAND nonvolatile memory device.
낸드형 불휘발성 메모리소자의 데이터 저장영역인 메모리 셀 어레이는, 대응하는 비트라인들(BLe, BLo)에 각각 연결되는 복수의 셀 스트링들(110, 120)로 이루어진다. 비록 도면에는 두 개의 셀 스트링만 도시되었지만, 메모리 셀 어레이 내에는 도시된 셀 스트링들이 다수 개 배치될 수 있다. 하나의 셀 스트링(110/120)은 비트라인(BLe/BLo)에 연결되는 드레인 선택 트랜지스터(111/121)와, 공통 소스라인(CSL)에 연결되는 소스 선택 트랜지스터(112/122), 그리고 드레인 선택 트랜지스터(111/121)와 소스 선택 트랜지스터(112/122) 사이에 직렬로 배치되는 다수 개의 메모리 셀 트랜지스터들(113,114/123,124)로 이루어진다. 이븐 비트라인(BLe)과 오드 비트라인(BLo)은 하나의 페이지 버퍼(200)에 연결된다.The memory cell array, which is a data storage region of the NAND type nonvolatile memory device, includes a plurality of
메모리 셀(113)에 데이터를 프로그램하기 위해서는 먼저, 드레인 선택 트랜지스터(111)를 턴 온(turn on)시키고 소스 선택 트랜지스터(112)를 턴 오프(turn off)시키며, 공통 소스라인(CSL)으로 접지전압(GND) 또는 전원전압(Vcc)을 인가한 다. 이 상태에서 메모리 셀(113)이 연결되어 있는 비트라인(BLe)으로 전원전압을 인가하면, 메모리 셀(113)의 채널은 드레인 선택 트랜지스터(111)를 통해 전하를 공급받아 전원전압(Vcc)에서 드레인 선택 트랜지스터의 문턱전압(Vt)을 뺀 값(Vcc-Vt)으로 프리차지(precharge)된다. 프로그램하고자 하는 메모리 셀의 워드라인에 대략 18V 정도의 프로그램 전압(Vpgm)을 인가하면 채널로부터의 전하의 터널링에 의해 메모리 셀이 프로그램된다. 이때, 선택되지 않은 메모리 셀이 연결된 비트라인에는 접지전압이 아닌 적절한 바이어스(통상 Vcc)를 인가하여 채널을 부스팅(boosting)시켜 일정 전위를 유지하여 프로그램 전압이 인가된 워드라인에서 선택되지 않은 메모리 셀이 프로그램되지 않도록 한다.To program data in the
도 2는 본 발명에 따른 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a nonvolatile memory device having a charge trap layer according to the present invention.
도 2를 참조하면, 다수 개의 메모리 셀 트랜지스터들이 반도체기판(300) 상에 배열되며, 메모리 셀의 양 측에 소스 선택 트랜지스터(SSL)와 드레인 선택 트랜지스터(DSL)이 배치된다. 메모리 셀 트랜지스터들과 선택 트랜지스터들은 소스/드레인영역을 공유한다. 소스 선택 트랜지스터의 좌측에는 소스라인에 적절한 바이어스를 인가하기 위한 소스 컨택(350)이 배치되고, 드레인 선택 트랜지스터(DSL)의 우측에는 드레인 선택라인으로 적절한 바이어스를 인가하기 위한 드레인 컨택(360)이 배치된다.Referring to FIG. 2, a plurality of memory cell transistors are arranged on the
메모리 셀 트랜지스터들은, 실리콘기판과 같은 반도체기판(300)에 상호 일정 간격 이격되도록 배치된 불순물영역(302)과, 상기 반도체기판(300) 위에 순차적으 로 적층된 터닐링층(310), 전하트랩층(320), 차폐층(330), 그리고 컨트롤게이트전극(340)으로 구성된다.The memory cell transistors may include an
반도체기판(300)은 통상 실리콘(Si) 기판일 수 있으며, 경우에 따라서 실리콘온인슐레이터(Silicon On Insulator; SOI) 기판 등 다른 기판일 수도 있다. The
터널링층(310)은 일정 바이어스 하에서 전자 또는 홀(hole)과 같은 전하 캐리어들이 전하트랩층(320)으로 주입될 수 있도록 하는데, 통상 실리콘옥사이드(SiO2)와 같은 절연막으로 이루어진다. 상기 터널링층(310)은 반복되는 전하 캐리어들의 터널링에 의해 열화되어 소자의 안정성이 저하될 수 있으므로, 가능한 이를 방지할 수 있을 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다.The
전하트랩층(320)은 반도체기판의 채널영역으로부터 터널링층(310)을 관통하여 주입된 전자 또는 홀들을 트랩하는 층으로, 에너지레벨이 균일하고 트랩 사이트가 많을수록 전하의 트랩이 잘 이루어지므로 소자의 프로그램 및 소거속도가 증가할 수 있다. 상기 전하트랩층(320)은 통상 실리콘나이트라이드로 이루어지는데, 스토이키오메트릭(sotichiometric) 실리콘나이트라이드(Si3N4)막, 실리콘-리치(Si-rich) 실리콘나이트라이드(SixNy)막, 또는 스토이키오메트릭 실리콘나이트라이드(Si3N4)막과 실리콘-리치(Si-rich) 실리콘나이트라이드(SixNy)막이 적층된 구조, 또는 폴리실리콘막일 수 있다.The
차폐층(330)은 전하트랩층(320)에 트랩된 전자가 컨트롤게이트전극(340)으로 빠져 나가는 것을 방지하기 위한 것으로, 알루미늄옥사이드(Al2O3)막, 하프늄옥사이드(HfO2) 또는 하프늄알루미늄옥사이드(HfAlO)막과 같은 하이-케이(high-K) 물질을 포함하는 구조일 수 있다.The
컨트롤게이트전극(340)은 기판(300)의 채널영역으로부터 전자들이나 홀들이 전하트랩층(320) 내의 트랩 사이트로 트랩되도록 일정 크기의 바이어스를 인가하기 위한 것이다. 컨트롤게이트전극(340)은 예를 들어 n형 불순물이 고농도로 도핑된 폴리실리콘막으로 이루어지거나, 일함수(work function)가 높은 금속, 예를 들어 텅스텐(W)막, 텅스텐실리사이드(WSi)막, 텅스텐나이트라이드(WN)막, 탄탈륨나이트라이드(TaN)막, 티타늄나이트라이드(TiN), 루테늄(Ru)막의 단일층 또는 이들의 적층막으로 구성될 수 있다. The
컨트롤게이트전극(340) 위에는 게이트라인의 저항을 감소시키기 위한 저저항층(도시되지 않음)이 배치될 수 있다. 저저항층(도시되지 않음)은 컨트롤게이트전극(340)의 저항을 낮추기 위한 것으로서, 폴리실리콘막/텅스텐실리사이드막 구조나, 또는 텅스텐나이트라이드(WN)막/텅스텐(W)막 구조로 구성될 수 있다.A low resistance layer (not shown) may be disposed on the
본 발명의 불휘발성 메모리소자에서 특히, 드레인 선택 트랜지스터(DSL) 및 소스 선택 트랜지스터(SSL)는, 도시된 바와 같이, 일반적인 모스(MOS)형 구조가 아닌 메모리 셀 트랜지스터와 동일한 SONOS 구조로 이루어져 있다. 즉, 메모리 셀 트랜지스터와 동일하게 기판(300)으로부터 터널링층(311, 312), 전하트랩층(321, 322), 차폐층(331, 332) 및 컨트롤게이트전극(341, 342)이 차례로 적층된 구조를 갖는다. 이와 같이, 선택 트랜지스터들을 메모리 셀 트랜지스터와 동일한 구조로 구성하는 이유는, 선택 트랜지스터들을 셀 트랜지스터들과 동일하게 메모리 셀로 이용하기 위함이다. 즉, 선택 트랜지스터들에도 메모리 셀 트랜지스터와 동일하게 데이터를 프로그램하고, 선택 트랜지스터들에 프로그램되어 있는 데이터를 소거할 수 있게 하는 것이다. In the nonvolatile memory device of the present invention, in particular, the drain select transistor DSL and the source select transistor SSL have the same SONOS structure as that of the memory cell transistor, rather than the general MOS type structure, as shown. That is, in the same manner as the memory cell transistor, the tunneling layers 311 and 312, the charge trap layers 321 and 322, the shielding layers 331 and 332, and the
도면에는 소스 선택 트랜지스터 및 드레인 선택 트랜지스터 모두가 메모리 셀과 동일한 구조로 형성된 예를 나타내었지만, 소스 선택 트랜지스터 및 드레인 선택 트랜지스터 중 어느 하나만 메모리 셀과 동일한 구조를 가질 수도 있다.Although the drawing shows an example in which both the source select transistor and the drain select transistor are formed in the same structure as the memory cell, only one of the source select transistor and the drain select transistor may have the same structure as the memory cell.
다음으로, 선택 트랜지스터들을 프로그램하거나 프로그램된 데이터를 소거하는 동작에 대해 상세히 설명한다.Next, an operation of programming the selection transistors or erasing the programmed data will be described in detail.
도 3은 본 발명의 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자의 프로그램 메커니즘을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다. 도 2와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하였다.3 is a cross-sectional view illustrating a program mechanism of a nonvolatile memory device having a charge trap layer according to the present invention. The same reference numerals are used for the same parts as in FIG. 2.
본 발명의 프로그램 방법은 선택된 스트링의 메모리 셀을 프로그램할 때 선택되지 않은 스트링의 선택 트랜지스터들을 메모리 셀로 활용하여 데이터를 프로그램하는 것이다. 메모리 셀을 프로그램하기 위해서는, 드레인 선택 트랜지스터(DSL)를 턴 온(turn on)시키고 소스 선택 트랜지스터(SSL)를 턴 오프(turn off)시킨 다음 공통소스라인(CSL)으로 접지전압 또는 전원전압(Vcc)을 인가한 상태에서, 선택된 메모리 셀의 워드라인에 소정의 프로그램 전압(Vpgm)이 인가되도록 하고 선택된 메모리 셀의 비트라인으로는 접지전압(GND)이 인가되도록 한다. 그러면 채널로부터 전하들이 전하트랩층으로 트랩되어 메모리 셀이 프로그램된다. 이때, 선택되지 않은 셀 스트링이 연결된 비트라인에는, 선택된 메모리 셀과 같은 워드라인에 연결된 메모리 셀이 프로그램되는 것을 방지하기 위하여 접지전압(GND)이 아닌 통상 전원전압(Vcc) 정도의 바이어스를 인가한다. 비트라인으로 적절한 바이어스가 인가되면, 드레인 컨택(360)을 통해 셀 스트링의 채널이 부스팅되고, 채널 부스팅이 유지된 스트링에서는 프로그램이 되지 않게 된다. 부스팅 레벨은 워드라인에 인가되는 패스전압의 조건에 따라 조절할 수 있다. 이와 같이, 비트라인으로 접지전압(GND)이 인가되는 셀 스트링은 채널이 접지상태를 유지하게 되므로 프로그램이 가능하고, 비트라인으로 전원전압(Vcc)이 인가되는 선택되지 않은 스트링은 채널 부스팅이 일어나 프로그램이 방지된다. The programming method of the present invention is to program data by utilizing select transistors of an unselected string as memory cells when programming a memory cell of a selected string. In order to program the memory cell, the drain select transistor DSL is turned on, the source select transistor SSL is turned off, and the ground voltage or the power supply voltage Vcc is connected to the common source line CSL. ), A predetermined program voltage Vpgm is applied to the word line of the selected memory cell and a ground voltage GND is applied to the bit line of the selected memory cell. The charges from the channel are then trapped in the charge trap layer to program the memory cell. In this case, a bias of the normal power supply voltage Vcc is applied to the bit line to which the unselected cell string is connected, not the ground voltage GND, to prevent the memory cell connected to the same word line as the selected memory cell from being programmed. . When an appropriate bias is applied to the bit line, the channel of the cell string is boosted through the
선택되지 않은 스트링의 채널이 부스팅된 상태에서 드레인 선택 트랜지스터(DSL)가 턴 온(turn on)될 수 있도록 드레인 선택 트랜지스터의 컨트롤게이트(341)에 적절한 전압, 예컨대 1.4 ∼ 4.0V 정도의 전압을 인가하면, 전자는 비트라인으로부터 셀 스트링의 채널(302)쪽으로 흐르는 사이에 핫 캐리어 인젝션(hot carrier injection)에 의해 드레인 선택 트랜지스터(DSL)의 터널링층(311)을 통과하여 전하트랩층(321)으로 트랩된다. 따라서, 드레인 선택 트랜지스터(DSL)의 문턱전압이 높아지면서 드레인 선택 트랜지스터가 프로그램되게 된다. 도면 참조번호 "331"은 드레인 선택 트랜지스터의 차폐층을 나타낸다.An appropriate voltage, such as about 1.4 to 4.0 V, is applied to the
이와 같이 비트라인에 인가하는 전압을 조절하여 셀 스트링의 채널을 그라운드 또는 채널 부스팅 상태를 유지하게 함으로써, 드레인 선택 트랜지스터를 프로그 램되지 않도록 하거나 프로그램되도록 할 수 있다. 즉, 드레인 선택 트랜지스터가 프로그램되지 않도록 할 경우에는 비트라인이 그라운드를 유지하도록 하고, 드레인 선택 트랜지스터를 프로그램하고자 할 때는 채널 부스팅이 일어나도록 비트라인에 적절한 바이어스를 인가하여 선택적으로 드레인 선택 트랜지스터를 프로그램할 수 있다. 또한, 메모리 셀을 프로그램할 때 프로그램하고자 하는 셀의 스트링은 채널을 그라운드로 유지하고, 프로그램되지 않도록 할 스트링에는 채널을 부스팅시켜 부스팅된 스트링에 있는 드레인 선택 트랜지스터를 프로그램함으로써, 메모리 셀을 프로그램하는 동작시에 동시에 드레인 선택 트랜지스터를 프로그램할 수 있다. 또한, 채널을 부스팅시키는 조건으로 스트링을 유지시켜주어 드레인 선택 트랜지스터만 개별적으로 프로그램할 수도 있다.As such, the voltage applied to the bit line is adjusted to maintain the channel of the cell string in the ground or channel boosting state, thereby preventing the drain select transistor from being programmed or programmed. That is, when the drain select transistor is not programmed, the bit line should be maintained at ground, and when the drain select transistor is programmed, an appropriate bias may be applied to the bit line to selectively program the drain select transistor so that channel boosting occurs. Can be. In addition, when programming a memory cell, the string of the cell to be programmed maintains the channel to ground, and the channel to be programmed is programmed by boosting the channel to program the drain select transistor in the boosted string, thereby programming the memory cell. The drain select transistor can be programmed at the same time. It is also possible to program the drain select transistors individually by keeping the string under conditions that boost the channel.
한편, 소스 선택 트랜지스터도 이와 유사한 방법으로 프로그램할 수 있다. On the other hand, the source select transistor can be programmed in a similar manner.
먼저, 워드라인으로 패스전압(Vpass) 등 일정 전압을 인가한 상태에서, 드레인 선택 트랜지스터(DSL)를 턴 온시키고 비트라인에 일정 전압을 인가하면 셀 스트링의 채널은 일정 전위를 유지하게 되고, 공통 소스라인은 채널의 전위보다 낮은 바이어스를 유지하도록 한 다음 소스 선택 트랜지스터(SSL)의 컨트롤게이트에 적절한 전압을 인가하면, 공통 소스라인에서 비트라인 방향으로 전자가 이동하게 된다. 이를 이용해 소스 선택 트랜지스터의 전하트랩층에서 핫 캐리어 인젝션이 일어나 소스 선택 트랜지스터가 프로그램된다. 또한, 스트링 채널의 전위보다 높은 바이어스를 공통 소스라인에 인가하게 되면 비트라인에서 공통 소스라인 방향으로 전자가 이동하게 되고, 마찬가지로 소스선택 트랜지스터를 프로그램하고자 하는 스트링에 서는 비트라인과 핫 캐리어 인젝션(HCI)을 통해 프로그램할 수 있다.First, when a constant voltage such as a pass voltage Vpass is applied to a word line, when the drain select transistor DSL is turned on and a constant voltage is applied to the bit line, the channel of the cell string maintains a constant potential. When the source line maintains a bias lower than the potential of the channel and then applies an appropriate voltage to the control gate of the source select transistor SSL, electrons move in the direction of the bit line from the common source line. This causes hot carrier injection in the charge trap layer of the source select transistor to program the source select transistor. In addition, when a bias higher than the potential of the string channel is applied to the common source line, electrons move from the bit line to the common source line direction. Similarly, the bit line and the hot carrier injection (HCI) are applied to the string to which the source selection transistor is programmed. Can be programmed.
또한, 프로그램되지 않도록 하는 스트링에서는 공통 소스라인(CSL)에 인가되는 바이어스와 차이가 나지 않는 스트링 채널 전위를 형성하기 위해 적절한 비트라인 바이어스를 조절함으로써 소스 선택 트랜지스터를 프로그램하지 않을 수 있다. 또한, 드레인 선택 트랜지스터와 소스 선택 트랜지스터를 동시에 프로그램할 수도 있고, 경우에 따라서는 드레인 선택 트랜지스터 또는 소스 선택 트랜지스터 중 하나만 프로그램할 수도 있다.In addition, in a string that is not programmed, the source select transistor may not be programmed by adjusting an appropriate bit line bias to form a string channel potential that does not differ from a bias applied to the common source line CSL. In addition, the drain select transistor and the source select transistor may be programmed simultaneously, or in some cases, only one of the drain select transistor and the source select transistor may be programmed.
도 4는 본 발명에 따른 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자의 소거 메커니즘을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다. 도 3과 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.4 is a cross-sectional view illustrating an erase mechanism of a nonvolatile memory device having a charge trap layer according to the present invention. The same reference numerals as in FIG. 3 denote the same parts.
낸드형 불휘발성 메모리소자의 소거 동작은, 일반적으로 기판 또는 웰에 소정 크기의 소거 전압을 인가하고 워드라인은 접지전압을 유지하도록 하여 블록 소거(block erase)를 하게 된다. 이때, 워드라인과 마찬가지로 드레인 선택라인 또는 소스 선택라인도 접지전압(GND)을 유지하도록 하면, 메모리 셀과 마찬가지로 드레인 선택 트랜지스터(DLS)와 소스 선택 트랜지스터(SSL)에 대한 소거동작을 수행할 수 있다. 또한, 드레인 선택라인 또는 소스 선택라인에 인가되는 전압을 적절히 조절하여 소거 속도를 조절할 수 있다.In the erase operation of a NAND type nonvolatile memory device, a erase voltage having a predetermined magnitude is applied to a substrate or a well, and a word line maintains a ground voltage to perform block erase. In this case, when the drain select line or the source select line maintains the ground voltage GND like the word line, the erase operation may be performed on the drain select transistor DLS and the source select transistor SSL like the memory cell. . In addition, the erase speed may be adjusted by appropriately adjusting the voltage applied to the drain select line or the source select line.
구체적으로, 한 블록 내의 모든 메모리 셀 트랜지스터와 소스 선택 트랜지스터(SSL), 그리고 드레인 선택 트랜지스터(DSL)의 워드라인에 적절한 소거전압, 예컨대 0V의 전압을 인가하고 반도체기판(300)에는 20V 내외의 전압을 인가한다. 이 러한 전압의 인가에 의해, 전하트랩층(320, 321, 322)에 주입되어 있던 전하들이 반도체기판(300)으로 빠져나옴으로써 데이터의 소거가 이루어진다.Specifically, an appropriate erase voltage, for example, a voltage of 0 V is applied to all of the memory cell transistors, the source select transistor SSL, and the drain select transistor DSL in one block, and a voltage of about 20 V is applied to the
이상 본 발명을 상세히 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
도 1은 낸드형 불휘발성 메모리소자의 셀 스트링 배열을 나타내보인 도면이다.1 illustrates a cell string array of a NAND nonvolatile memory device.
도 2는 본 발명에 따른 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a nonvolatile memory device having a charge trap layer according to the present invention.
도 3은 본 발명의 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자의 프로그램 메커니즘을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a program mechanism of a nonvolatile memory device having a charge trap layer according to the present invention.
도 4는 본 발명의 전하트랩층을 갖는 불휘발성 메모리소자의 소거 메커니즘을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating the erase mechanism of the nonvolatile memory device having the charge trap layer according to the present invention.
Claims (7)
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KR1020070135846A KR20090067996A (en) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | Non-volatile memory device having charge trapping layer and method for programming the same |
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KR1020070135846A KR20090067996A (en) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | Non-volatile memory device having charge trapping layer and method for programming the same |
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Family
ID=40995654
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Cited By (1)
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KR20170003779A (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-10 | 삼성전자주식회사 | Storage device including nonvolatile memory device and controller |
-
2007
- 2007-12-21 KR KR1020070135846A patent/KR20090067996A/en not_active Application Discontinuation
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