KR20110075398A - Nonvolatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
개시된 실시예는 비휘발성 메모리 소자에 관한 것으로, 액티브 영역과 소스 영역을 서로 다른 타입의 물질로 형성함으로써, 전기적 특성이 향상된 비휘발성 메모리 소자에 관한 것이다. The disclosed embodiment relates to a nonvolatile memory device, and to a nonvolatile memory device having improved electrical characteristics by forming active and source regions of different types of materials.
반도체 소자(Semiconductor Memory Device)의 성능은 정보 저장 용량과 그 정보의 기록 및 소거 속도를 증가시키는데 초점을 맞추어 발전되어 왔다. 통상적인 반도체 메모리 어레이 구조는 회로적으로 연결된 수많은 메모리 단위 셀들을 포함하고 있으며 전원이 차단된 경우에도 정보가 그대로 남아 있는 비휘발성 메모리(Nonvolatile Memory)와 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리(Volatile Memory)로 나뉘어 진다. The performance of semiconductor memory devices has been developed with a focus on increasing information storage capacity and the speed of writing and erasing the information. The conventional semiconductor memory array structure includes a large number of circuit-connected memory unit cells and volatile memory such as nonvolatile memory (DNA) and dynamic random access memory (DRAM), in which information remains intact even when the power is cut off. It is divided into Volatile Memory.
비휘발성 메모리로 다양한 형태의 메모리 소자가 소개되었다. 예를 들어, 자기 저항 특성을 이용하기 위하여 트랜지스터 상부에 GMR(Giant Magneto-Resistance) 또는 TMR(Tunneling Magneto-Resistance) 구조를 형성시킨 반도체 메모리 소자가 소개되었다. 또한, 상변환 물질(phase transition material) 특성을 이용한 PRAM(Phase-change Random Access Memory)과 터널링 산화층, 전하저장층 및 블로킹 산화층의 구조를 지닌 소노스(SONOS) 등 새로운 구조의 비휘발성(non-volatile) 반도체 메모리 소자가 등장하고 있다. Various types of memory devices have been introduced as nonvolatile memories. For example, in order to use magnetoresistance characteristics, a semiconductor memory device in which a Giant Magneto-Resistance (GMR) or Tunneling Magneto-Resistance (TMR) structure is formed on a transistor is introduced. In addition, new structures such as Phase-Change Random Access Memory (PRAM), which utilizes phase transition material characteristics, and Sonos, which have a tunneling oxide layer, a charge storage layer, and a blocking oxide layer, are non-volatile. volatile) semiconductor memory devices have emerged.
최근 산화물 박막 트랜지스터(Oxide Thin Film Transistor)를 이용한 다양한 소자에 관한 연구가 진행되고 있으며, 이는 종래의 Si 기술과 대비하여 산화물 박막 트랜지스터가 지닌 여러 가지 장점 때문인데, 예를 들어 스태킹(stacking)이 가능하고, 투광성(transparent)을 지니며, 가요성(fFlexible) 소자의 구현이 가능하다. 그러나 산화물 박막 트랜지스터를 메모리 소자에 응용하는 경우, 특히 정보 소거 과정의 문제점으로 인하여 그 활용성에 문제점이 있다. Recently, studies on various devices using oxide thin film transistors have been conducted. This is due to various advantages of oxide thin film transistors compared to conventional Si technology, for example, stacking is possible. In addition, it is possible to implement a flexible and flexible device. However, when the oxide thin film transistor is applied to a memory device, there is a problem in its utilization due to the problem of the information erasing process.
본 발명의 일측면에서는 산화물 박막 트랜지스터를 포함하는 비휘발성 메모리 소자를 제공한다. In one aspect of the present invention, a nonvolatile memory device including an oxide thin film transistor is provided.
본 발명의 다른 측면에서는 정보 소거 특성이 향상된 산화물 박막 트랜지스터를 포함하는 비휘발성 메모리 소자를 제공한다. In another aspect of the present invention, a nonvolatile memory device including an oxide thin film transistor having improved information erasing characteristics is provided.
개시된 실시예에서는 기판 상의 일영역에 형성된 것으로 n형 또는 p형 물질을 포함하여 형성된 액티브 영역;The disclosed embodiment includes an active region formed in one region on a substrate and including an n-type or p-type material;
상기 액티브 영역의 일측부에 형성된 것으로, 상기 액티브 영역과 다른 타입의 물질로 형성된 소스 영역; A source region formed on one side of the active region and formed of a material different from the active region;
상기 액티브 영역 상에 순차적으로 형성된 터널링층, 정보 저장층, 블로킹층 및 게이트; 및A tunneling layer, an information storage layer, a blocking layer, and a gate sequentially formed on the active region; And
상기 소스 영역 상에 형성된 제 1전극 및 상기 액티브 영역과 전기적으로 연결된 제 2전극;을 포함하는 비휘발성 메모리 소자를 제공한다. It provides a non-volatile memory device comprising a first electrode formed on the source region and a second electrode electrically connected to the active region.
상기 기판 표면에 형성된 산화층을 더 포함할 수 있다. It may further include an oxide layer formed on the surface of the substrate.
상기 액티브 영역은 n형 산화물로 형성된 것으로, Zn 산화물, Sn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Ti 산화물, Zr 산화물, Hf 산화물, Sr 산화물, Cd, Sc 산화물, Mn 산화물, Mo 산화물, Nb 산화물, Ag 산화물, Ge 산화물, Na 산화물, Ln 산화물, Al 산화물, W 산화물 또는 Ta 산화물에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. The active region is formed of an n-type oxide, Zn oxide, Sn oxide, In oxide, Ga oxide, Ti oxide, Zr oxide, Hf oxide, Sr oxide, Cd, Sc oxide, Mn oxide, Mo oxide, Nb oxide, Ag It may be formed by including at least one material selected from oxide, Ge oxide, Na oxide, Ln oxide, Al oxide, W oxide or Ta oxide.
상기 액티브 영역은 p형 물질로 형성된 것으로, Cu 산화물, CuAl 산화물, CuGa 산화물, Sn 산화물, InSn 산화물, ZnMn 산화물, SrDy 산화물, SrCu 산화물 또는 펜타센에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. The active region may be formed of a p-type material, and may include at least one material selected from Cu oxide, CuAl oxide, CuGa oxide, Sn oxide, InSn oxide, ZnMn oxide, SrDy oxide, SrCu oxide, or pentacene. .
상기 액티브 영역은 SiC, GaN, GaAs 또는 InGaAs 중 적어도 어느 하나의 물질에 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 도핑하여 형성된 것일 수 있다. The active region may be formed by doping an n-type dopant or a p-type dopant to at least one of SiC, GaN, GaAs or InGaAs.
상기 소스 영역은 n형 물질로 형성된 것으로, Zn 산화물, Sn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Ti 산화물, Zr 산화물, Hf 산화물, Sr 산화물, Cd, Sc 산화물, Mn 산화물, Mo 산화물, Nb 산화물, Ag 산화물, Ge 산화물, Na 산화물, Ln 산화물, Al 산화물, W 산화물 또는 Ta 산화물 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. The source region is formed of an n-type material, Zn oxide, Sn oxide, In oxide, Ga oxide, Ti oxide, Zr oxide, Hf oxide, Sr oxide, Cd, Sc oxide, Mn oxide, Mo oxide, Nb oxide, Ag It may be formed by including at least one material of oxide, Ge oxide, Na oxide, Ln oxide, Al oxide, W oxide or Ta oxide.
상기 소스 영역은 p형 물질로 형성된 것으로, Cu 산화물, CuAl 산화물, CuGa 산화물, Sn 산화물, InSn 산화물, Zn 산화물, ZnMn 산화물, SrDy 산화물, SrSm 산화물, SrGd 산화물, GdCu 산화물, SmCu 산화물, DyCu 산화물, ZnCu 산화물 또는 SrCu 산화물 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. The source region is formed of a p-type material, Cu oxide, CuAl oxide, CuGa oxide, Sn oxide, InSn oxide, Zn oxide, ZnMn oxide, SrDy oxide, SrSm oxide, SrGd oxide, GdCu oxide, SmCu oxide, DyCu oxide, It may be formed by including at least one material of ZnCu oxide or SrCu oxide.
상기 소스 영역은 SiC, GaN, GaAs 또는 InGaAs 중 적어도 어느 하나의 물질에 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 도핑하여 형성된 것일 수 있다. The source region may be formed by doping an n-type dopant or a p-type dopant to at least one of SiC, GaN, GaAs, or InGaAs.
상기 액티브 영역 및 상기 제 2전극 사이에 형성된 것으로, 상기 액티브 영역과 다른 타잎의 물질로 형성된 드레인 영역;을 포함할 수 있다. And a drain region formed between the active region and the second electrode and formed of a material of another type different from the active region.
또한, 기판 상의 일영역에 형성된 게이트;In addition, the gate formed in one region on the substrate;
상기 게이트 상에 순차적으로 형성된 터널링층, 정보 저장층 및 블로킹층;A tunneling layer, an information storage layer, and a blocking layer sequentially formed on the gate;
상기 블로킹층 상에 형성된 것으로 n형 또는 p형 물질을 포함하여 형성된 액티브 영역; An active region formed on the blocking layer and including an n-type or p-type material;
상기 액티브 영역의 일측부에 형성된 것으로, 상기 액티브 영역과 다른 타입의 물질로 형성된 소스 영역; 및 A source region formed on one side of the active region and formed of a material different from the active region; And
상기 소스 영역 상에 형성된 제 1전극 및 상기 액티브 영역과 전기적으로 연결된 제 2전극;을 포함하는 비휘발성 메모리 소자를 제공한다. It provides a non-volatile memory device comprising a first electrode formed on the source region and a second electrode electrically connected to the active region.
본 발명의 실시예에 따르면, 소스 영역 또는 소스 영역 및 드레인 영역을 액티브 영역과 다른 타입의 물질로 형성하여 전자 터널링 및 정공 터널링 특성을 개선하여 정보 소거 시 온도 의존성을 감소시키고, 정보 소거 특성을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the source region or the source region and the drain region are formed of a different type of material from the active region to improve electron tunneling and hole tunneling characteristics, thereby reducing temperature dependency when erasing information and improving information erasing characteristics. You can.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자에 대해 상세히 설명하고자 한다. 참고로 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, a nonvolatile memory device according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For reference, the same reference numerals in the drawings refer to the same components, the size or thickness of each component may be exaggerated for clarity of description.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 도면이다. 1 and 2 illustrate a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상의 일영역에 액티브 영역(13)이 형성되어 있으 며, 액티브 영역(13)의 일측면에 형성된 소스 영역(14)을 포함한다. 액티브 영역(13) 및 소스 영역(14)의 양측부에는 절연층(12)이 형성될 수 있다. 소스 영역(14) 상에는 제 1전극(15a)이 형성되어 있으며, 액티브 영역(13) 상의 일영역에는 액티브 영역(13)과 전기적으로 연결된 제 2전극(15b)이 형성되어 있다. 제 1전극(15a) 및 제 2전극(15b) 사이의 액티브 영역(13) 상에는 터널링층(16a), 정보 저장층(16b) 및 블로킹층(16c)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서 정보 저장층(16b)의 양측부는 제 1전극(15a) 및 제 2전극(15b)와 접촉하지 않도록 터널링층(16a) 및 블로킹층(16c) 사이에 매립된 구조를 지닌다. 그리고, 블로킹층(16c) 상에는 게이트(17)가 형성되어 있다. 선택적으로 기판(10) 표면에는 산화층(11)이 더 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, an
도 2는 액티브 영역(13) 양 측에 소스 영역(14a) 및 드레인 영역(14b)이 형성된 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 기판(10) 상의 일영역에 액티브 영역(13)이 형성되어 있으며, 액티브 영역(13)의 양측부에 소스 영역(14a) 및 드레인 영역(14b)이 형성되어 있다. 그리고, 소스 영역(14a) 및 드레인 영역(14b)의 측부에는 절연층(12)이 형성될 수 있다. 소스 영역(14a) 상에는 제 1전극(15a)이 형성되어 있으며, 드레인 영역(14b) 상에는 제 2전극(15b)이 형성되어 있다. 제 1전극(15a) 및 제 2전극(15b) 사이의 액티브 영역(13) 상에는 터널링층(16a), 정보 저장층(16b) 및 블로킹층(16c)이 순차적으로 형성되어 있으며, 정보 저장층(16b)의 양측부는 제 1전극(15a) 및 제 2전극(15b)와 접촉하지 않도록 터널링층(16a) 및 블로킹층(16c) 사이에 매립된 구조를 지닌다. 블로킹층(16c) 상에는 게이트(17)가 형 성되어 있다. 그리고, 기판(10) 표면에는 선택적으로 산화층(11)이 더 형성될 수 있다. 2 illustrates a structure in which source and
이하, 도 1 및 도 2에 나타낸 비휘발성 메모리 소자의 각 층을 형성하는 물질에 대해 설명하고자 한다. 기판(10)은 통상적으로 반도체 소자에 사용되는 기판 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어 Si, Ge, C, SiC, GaN, GaAs, InGaAs, 글래스 또는 유기 물질 등으로 형성될 수 있다. 산화층(11)은 기판(10) 표면에 선택적으로 형성된 것으로 예를 들어 Si 기판 표면을 열산화에 의해 형성한 SiO2일 수 있다. 절연층(12)은 절연 물질로 형성된 것으로, Si 산화물, Si 질화물, Al 산화물, Hf 산화물 등으로 형성된 것일 수 있다. Hereinafter, materials for forming each layer of the nonvolatile memory device illustrated in FIGS. 1 and 2 will be described. The
액티브 영역(13)은 n형 또는 p형 물질을 사용하여 형성된 것일 수 있다. 예를 들어 반도체 산화물로 형성된 것일 수 있으며, 구체적으로 n형 반도체 산화물로 Zn 산화물, Sn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Ti 산화물, Zr 산화물, Hf 산화물, Sr 산화물, Cd, Sc 산화물, Mn 산화물, Mo 산화물, Nb 산화물, Ag 산화물, Ge 산화물, Na 산화물, Ln 산화물, Al 산화물, W 산화물 또는 Ta 산화물 등에서 선택적으로 사용할 수 있으며, 이들의 복합 물질을 사용할 수 있다. 그리고, p형 반도체 산화물로 Cu 산화물, CuAl 산화물, CuGa 산화물, Sn 산화물, InSn 산화물, ZnMn 산화물, SrDy 산화물 또는 SrCu 산화물 등을 사용할 수 있으며, 이들의 단일 물질 또는 복합물질을 사용할 수 있다. 또한 펜타센(pentacene)과 같은 유기 고분자 물질을 사용할 수 있다. 그리고, SiC, GaN, GaAs, InGaAs 과 같은 물질에 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 도핑하여 사용할 수 있다. The
본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자에서는 소스 영역(14, 14a) 및 드레인 영역(14b)은 액티브 영역(13)과 다른 타입(type)의 물질로 형성된 것일 수 있다. 여기서, 다른 타입이라 함은, 예를 들어, 액티브 영역(13)이 n형 물질로 형성된 경우, 소스 영역(14, 14a) 및 드레인 영역(14b)은 p형 물질로 형성된 것이며, 액티브 영역(13)이 p형 물질로 형성된 경우, 소스 영역(14, 14a) 및 드레인 영역(14b)은 n형 물질로 형성된 것을 의미한다. In the nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, the
예를 들어, n형 산화물 반도체로는 Zn 산화물, Sn 산화물, In 산화물, Ga 산화물, Ti 산화물, Zr 산화물, Hf 산화물, Sr 산화물, Cd, Sc 산화물, Mn 산화물, Mo 산화물, Nb 산화물, Ag 산화물, Ge 산화물, Na 산화물, Ln 산화물, Al 산화물, W 산화물 또는 Ta 산화물 등이 있으며, 이들의 단일 물질 또는 복합 물질을 사용할 수 있다. 그리고, p형 산화물 반도체로는 Cu 산화물, CuAl 산화물, CuGa 산화물, Sn 산화물, InSn 산화물, Zn 산화물, ZnMn 산화물, SrDy 산화물, SrSm 산화물, SrGd 산화물, GdCu 산화물, SmCu 산화물, DyCu 산화물, ZnCu 산화물 또는 SrCu 산화물 등이 있으며, 이들의 단일 물질 또는 복합 물질을 사용할 수 있다. 그리고, SiC, GaN, GaAs, InGaAs 과 같은 물질에 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 도핑하여 사용할 수 있다.For example, as the n-type oxide semiconductor, Zn oxide, Sn oxide, In oxide, Ga oxide, Ti oxide, Zr oxide, Hf oxide, Sr oxide, Cd, Sc oxide, Mn oxide, Mo oxide, Nb oxide, Ag oxide , Ge oxides, Na oxides, Ln oxides, Al oxides, W oxides, or Ta oxides, and the like, or a single material or a composite material thereof may be used. As the p-type oxide semiconductor, Cu oxide, CuAl oxide, CuGa oxide, Sn oxide, InSn oxide, Zn oxide, ZnMn oxide, SrDy oxide, SrSm oxide, SrGd oxide, GdCu oxide, SmCu oxide, DyCu oxide, ZnCu oxide or SrCu oxide and the like, and a single material or a composite material thereof can be used. In addition, an n-type dopant or a p-type dopant may be doped into a material such as SiC, GaN, GaAs, or InGaAs.
터널링층(16a) 및 블로킹층(16c)는 절연 물질로 형성된 것일 수 있으며, 구체적으로 예를 들어, Si 그리고, 이들 물질에 n형 도펀트 또는 p형 도펀트를 도핑하여 사용할 수 있다. Si 산화물, Si 질화물, Al 산화물, Hf 산화물, Mg 산화물, Sr 산화물, Ba 산화물, Ti 산화물, Ta 산화물, BaTi 산화물 BaZr 산화물, Zr 산화물, Y 산화물, ZrSi 산화물, HfSi 산화물 또는 LaAl 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. The
전하 저장층(16b)는 전하를 저장할 수 있는 물질로 형성된 것으로 Si 질화물, SiON, SiOx, GeON, GeN, GeO poly-Silicon 금속 질화물, 금속 보론 질화물, 금속 실리콘 질화물, 금속 알루미늄 질화물 또는 금속 실리사이드 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. The
게이트(17)는 전도성 물질로 형성된 것으로 Au, Ag, Al, Ta, Ni, Ir, Pt, W, Nb, Ti, Mo, Ru, Zr 또는 Hf 등의 금속 또는 ITO, IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO) 등의 전도성 금속 산화물로 형성될 수 있다.The
상술한 바와 같은 각각의 층의 물질은 도 3 내지 도 6의 동일한 명칭의 층에도 사용될 수 있다. The material of each layer as described above may also be used for the layers of the same name in FIGS. 3 to 6.
이하, 소스(14, 14a) 및 드레인(14b)을 액티브 영역(13)과 다른 타입의 물질로 형성하는 이유에 대해 설명하고자 한다. Hereinafter, the reason why the
본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자는 FN(Fowler-Nordheim) 방식에 의해 정보 저장층(16b)에 정보를 기록(programing)하며, 정보를 소거(erasing)한다.The nonvolatile memory device according to the embodiment of the present invention records information in the
먼저 정보를 기록하기 위해서, 게이트(17)에 소정의 양전압을 인가하면, 게이트(17)와 액티브 영역(13) 사이에 전계가 형성되고, 터널링층(16a)을 가로지르는 FN 전류가 발생한다. 이러한 FN 전류에 의해 소스 영역(14, 14a) 및 드레인 영역(14b) 사이의 액티브 영역(13)을 진행하던 전자는 터널링층(16a)의 에너지 장벽을 터널링하여 정보 저장층(16b)에 저장된다. 정보 저장층(16b)에 일단 저장된 전자(e)는 블로킹층(16c)의 에너지 장벽에 의해 이동이 차단되어 정보 저장층(16b)에 트랩되어 정보가 기록된다.First, in order to record information, when a predetermined positive voltage is applied to the
정보를 소거하는 과정은 도 7a를 참조하여 설명하고자 한다. 도 7a는 본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자의 정보 소거 과정에서의 에너지 밴드 갭을 나타낸 도면이다. 도 7a를 참조하면, 터널링층(Tu), 정보 저장층(Tr) 및 블로킹층(Bl)의 컨덕션 밴드 에너지(Ec) 및 밸런스 밴드 에너지(Ev)를 나타내고 있다. 정보를 소거하는 경우에는 게이트(17)에 소정의 음전압을 인가하여 정보 기록시와 반대 방향으로 전계를 형성한다. 이에 따라 FN전류는 기록 시와 반대 방향으로 생성되고, 전자는 FN 전류에 의해 정보 저장층(16b, Tr)에서 터널링층(16a, Tu)으로 터널링하여 기판(10) 방향으로 이동함으로써 정보가 소거된다. 이 때, 정보 저장층(16b, Tu)의 전자를 소거하는 방법으로는 상술한 바와 같이 정보 저장층(16b, Tu)의 전자를 터널링층(16a, Tu)을 통해 터널링시킬 수 있지만, 정공을 정보 저장층(16b, Tu)으로 터널링시켜 전자를 중화시킬 수 있으며, 전자 및 정공의 터널링(electron and hole tunneling)이 동시에 발생하는 경우 정보 소거 효율은 크게 향상된다. The process of erasing the information will be described with reference to FIG. 7A. 7A illustrates an energy band gap in an information erasing process of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7A, the conduction band energy Ec and the balance band energy Ev of the tunneling layer Tu, the information storage layer Tr, and the blocking layer Bl are illustrated. In the case of erasing information, a predetermined negative voltage is applied to the
도 7b 및 도 7c는 정보 소거시 정공의 터널링이 발생하지 않는 경우의 시간에 따른 문턱 전압의 변화를 나타낸 것으로, 섭씨 85도 및 -10도에서 측정한 데이 타를 나타내었다. 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 정보 소거 시, 정보 저장층(16b, Tu)으로의 정공의 터널링이 발생하는 경우에는 온도에 따른 편차가 별로 나타나지 않는다(도 7c). 그런데, 정공의 터널링이 발생하지 않는 경우에는 온도에 따른 편차가 크게 발생하는 것을 알 수 있다(도 7b).7B and 7C show the change in the threshold voltage over time when the tunneling of the hole does not occur during information erasure, and shows data measured at 85 degrees Celsius and -10 degrees Celsius. 7B and 7C, when tunneling of holes to the information storage layers 16b and Tu occurs during information erasing, deviations according to temperature are not shown very much (FIG. 7C). By the way, when the tunneling of the hole does not occur, it can be seen that a large deviation occurs depending on the temperature (FIG. 7B).
이와 같은 현상은 특히 에너지 밴드갭이 큰(Eg > 1.5eV)인 물질, 예를 들어 산화물 반도체 계열 물질을 액티브 영역에 사용하는 경우, 정공 터널링 높이(hole tunneling height)가 전자 터널링 높이(electron barrier height) 보다 낮아 충분한 에너지를 공급 받지 못한 상황에서 정공 터널링이 발생하지 않을 수 있기 때문에 발생할 수 있다. 따라서, 정보 소거 시 홀 터널링이 발생하지 않을 수 있으며, 특히 온도에 따른 의존성을 나타내면서 정보 소거의 열화 현상이 나타난다. 결과적으로 본 발명의 실시예에서는 소스 영역 또는 소스 영역 및 드레인 영역을 액티브 영역과 다른 타입의 물질로 형성하여 전자 터널링 및 정공 터널링 특성을 개선하여 정보 소거 시 온도 의존성을 감소시키고, 정보 소거 특성을 향상시킬 수 있다. 소스 영역(14a) 및 드레인 영역(14b)을 액티브 영역(13)과 다른 타입으로 형성할 수 있으며, 특히, 트랜지스터의 문턱 전압(Vth: threshold voltage)에 영향을 주는 정션(junction)이 소스 영역이므로 도 1과 같이 소스 영역(14)만 액티브 영역(13)과 다른 타입의 물질로 형성할 수 있다. This is especially true in the case where a material having a large energy band gap (Eg> 1.5 eV), for example, an oxide semiconductor-based material is used in the active region, the hole tunneling height is the electron barrier height. Can be caused because hole tunneling may not occur in situations where there is insufficient energy supply. Accordingly, hole tunneling may not occur when erasing information, and in particular, degradation of information erasure may occur while showing dependence on temperature. As a result, in the embodiment of the present invention, the source region or the source region and the drain region are formed of a material different from the active region, thereby improving electron tunneling and hole tunneling characteristics, thereby reducing temperature dependency when erasing information and improving information erasing characteristics. You can. The
본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자의 제조 공정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. Referring to the manufacturing process of the nonvolatile memory device according to the embodiment of the present invention as follows.
도 1 및 도 2을 참조하면, 기판(10) 상에 선택적으로 산화층(11)을 형성한다. 이 때, 산화층은 Si 기판 표면을 열산화 공정에 의해 형성한 SiO2 층일 수 있다. 그리고, 산화층(12) 상에 액티브 영역(13), 소스 영역(14) 등을 형성한다. 여기서 액티브 영역(13) 및 소스 영역(14)은 별도의 공정을 형성할 수 있으며, 하나의 물질층을 형성하고 도핑을 하여 동시에 형성할 수 있다. 예를 들어 산화층(11) 상에 Zn 산화물과 같은 n형 산화물 반도체를 도포하여 액티브 영역(13)을 형성하고, 그 일측부 또는 양측부에 p형 도펀트를 도핑하여 소스 영역(14, 14a) 및/또는 드레인 영역(14b)을 형성할 수 있다. 그리고, 액티브 영역(13) 상에 터널링층(16a), 정보 저장층(16b) 및 블로킹층(16c)를 형성한 뒤, 블로킹층(16c) 상부에 게이트(17)를 형성할 수 있다. 다음으로, 소스 영역(14, 14a)를 노출시켜 제 1전극(15a)를 형성하고, 액티브 영역(13) 또는 드레인 영역(14b)을 노출시켜 제 2전극(15b)을 형성할 수 있다. 1 and 2, an
도 1 및 도 2의 비휘발성 메모리 소자의 구조는 다양한 형태로 변형 가능하다. 예를 들어, 도 3 및 도 4와 같이 정보 저장층(26b)을 면적을 확대하기 위하여, 변형된 구조로 형성할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 탑 게이트(top gate) 구조를 개시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 5 및 도 6과 같이 바텀 게이트(bottom gate) 구조로 형성할 수 있다. The structure of the nonvolatile memory device of FIGS. 1 and 2 may be modified in various forms. For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(20) 상의 일영역에 액티브 영역(23)이 형성되어 있으며, 액티브 영역(23)의 양측면에는 절연층(22)이 형성되어 있다. 그리고, 액티브 영역(23) 상에는 터널링층(26a), 정보 저장층(26b) 및 블로킹층(26c)이 순차적으로 형성되어 있다. 액티브 영역(23) 일측부의 절연층(22) 상에는 소스 영역(24) 및 제 1전극(25a)이 형성되어 있으며, 액티브 영역(23)의 타측부의 절연층(22) 상에는 제 2전극(25b)이 형성될 수 있으며, 선택적으로 드레인 영역(24b) 및 제 2전극(25b)이 순차적으로 형성될 수 있다. 이 때, 소스 영역(24) 또는 소스 및 드레인 영역(24a, 24b)는 액티브 영역(23)과 직접 접촉된 구조일 수 있다. 여기서 정보 저장층(26b)의 양측부는 제 1전극(25a) 및 제 2전극(25b)와 접촉하지 않도록 터널링층(26a) 및 블로킹층(26c) 사이에 매립된 구조를 지닌다. 선택적으로 기판(20) 표면에는 산화층(21)이 형성될 수 있다.3 and 4, the
참고로, 도 3 및 4에서는 액티브 영역(23)의 양측부에 절연층(22)이 형성되어 있으며, 그 상부에 소스 영역(24) 또는 소스 및 드레인 영역(24a, 24b)이 형성된 구성을 개시하고 있으나, 절연층(22)은 소스 영역(24) 또는 소스 및 드레인 영역(24a, 24b)이 연장되도록 형성된 것일 수 있다. For reference, FIGS. 3 and 4 disclose a configuration in which insulating
도 5 및 도 6는 바텀 게이트 구조의 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 도면이다. 5 and 6 illustrate a nonvolatile memory device having a bottom gate structure.
도 5 및 6을 참조하면, 기판(30) 상의 일영역에 게이트(32)가 형성되어 있으며, 기판(30) 및 게이트(32) 상에는 터널링층(33a), 정보 저장층(33b) 및 블로킹층(33c)이 순차적으로 형성되어 있다. 여기서, 정보 저장층(33b)는 터널링층(33a) 및 블로킹층(33c) 사이에 매립된 구조를 지닐 수 있다. 그리고, 블로킹층(33c) 상에는 액티브 영역(34)이 형성되어 있다. 액티브 영역(34)의 일측부에는 소스 영 역(35)이 형성되며, 소스 영역(35) 상에는 제 1전극(36a)이 형성될 수 있다. 그리고, 액티브 영역(34)의 타측부에는 액티브 영역(34)과 전기적으로 연결된 제 2전극(36b)이 형성될 수 있다. 액티브 영역(34)과 제 2전극(36b) 사이에는 드레인 영역(34b)이 형성될 수 있으며, 구체적으로 액티브 영역(34)의 일측부 상에는 소스 영역(35a) 및 제 1전극(36a)이 형성되며, 액티브 영역(34)의 타측부 상에는 드레인 영역(35b) 및 제 2전극(36b)이 형성될 수 있다. 5 and 6, the
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Although embodiments of the present invention have been described above, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자를 나타낸 도면이다. 1 and 2 illustrate a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 상기 도 1 및 도 2의 정보 저장층을 면적을 확대한 변형예를 나타낸 도면이다.3 and 4 are diagrams illustrating modified examples in which an area of the information storage layer of FIGS. 1 and 2 is enlarged.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자의 탑 게이트 구조를 나타낸 도면이다. 5 and 6 illustrate a top gate structure of a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7a는 본 발명의 실시예에 의한 비휘발성 메모리 소자의 정보 소거 과정에서의 에너지 밴드 갭을 나타낸 도면이다. 7A illustrates an energy band gap in an information erasing process of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 7b 및 도 7c는 정보 소거시 정공의 터널링이 발생하지 않는 경우의 시간에 따른 문턱 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.7B and 7C are graphs illustrating changes in threshold voltages over time when tunneling of holes does not occur when information is erased.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 > <Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10, 20, 30... 기판 11, 21, 31... 산화층10, 20, 30 ...
12, 22... 절연층 13, 23, 34... 액티브 영역12, 22 ...
14, 14a, 24, 24a, 35, 35a... 소스 영역14, 14a, 24, 24a, 35, 35a ... source area
14b, 24b, 35b... 드레인 영역 15a, 25a, 36a... 제 1전극14b, 24b, 35b ... drain
15b, 25b, 36b... 제 2전극 16a, 26b, 33a... 터널링층15b, 25b, 36b ...
16b, 26b, 33b... 정보 저장층 16c, 26c, 33c... 블로킹층16b, 26b, 33b ...
17, 27, 32... 게이트17, 27, 32 ... gate
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