KR20170088265A - Nonvolatile memory cell having lateral coupling structure and memory cell array using the nonvolatile memory cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시의 여러 실시예들은 불휘발성 메모리셀 및 이를 이용한 메모리 셀 어레이에 관한 것으로서, 특히 수평적 커플링 구조를 갖는 불휘발성 메모리셀 및 이를 이용한 메모리 셀 어레이에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile memory cell and a memory cell array using the same, and more particularly to a nonvolatile memory cell having a horizontal coupling structure and a memory cell array using the same.
전원공급이 중단되어도 메모리 셀에 저장된 데이터가 지워지지 않고 그대로 유지되는 불휘발성 메모리 소자 중 데이터를 전기적으로 프로그램 및 소거할 수 있는 불휘발성 메모리소자에 대한 다양한 구조가 제안되었다. 불휘발성 메모리소자의 단위 메모리 셀 구조로서 종래에는 데이터를 저장하기 위한 플로팅게이트와, 유전막을 사이에 두고 플로팅게이트 위에 형성되는 컨트롤게이트가 순차적으로 적층되는 적층게이트(stacked gate) 구조가 주로 채택되었다. 최근 전자장치의 크기가 소형화되고 반도체소자의 제조기술이 발달함에 따라, 하나의 반도체칩 내에 여러가지 기능을 수행하는 다양한 반도체소자들, 즉 로직소자들 및 메모리소자들이 함께 포함되는 시스템온칩(SOC; System On Chip)이 첨단 디지털제품의 핵심부품으로 떠오르고 있으며, 이에 따라 시스템온칩(SOC)에 내장되는 내장형 불휘발성 메모리소자(embedded non-volatile memory device)의 제조기술이 요구되고 있다.Various structures have been proposed for nonvolatile memory devices capable of electrically programming and erasing data among nonvolatile memory devices in which data stored in memory cells are not erased even when power supply is interrupted. Conventionally, as a unit memory cell structure of a nonvolatile memory device, a stacked gate structure in which a floating gate for storing data and a control gate formed over a floating gate are sequentially stacked is employed. 2. Description of the Related Art [0002] With the recent miniaturization of electronic devices and the development of semiconductor device manufacturing technology, a system-on-chip (SOC) system in which various semiconductor elements, such as logic elements and memory elements, On chip has emerged as a key component of advanced digital products, and accordingly, there is a demand for a manufacturing technology of an embedded non-volatile memory device embedded in a system-on-chip (SOC).
내장형 불휘발성 메모리소자를 제조하기 위해서는 로직소자들과 불휘발성 메모리소자를 동일한 공정단계로 제조하게 된다. 로직소자들, 예컨대 모스(MOS) 소자들은 통상적으로 싱글 게이트 구조의 트랜지스터를 채용하며, 따라서 적층게이트 구조를 채용하는 불휘발성 메모리소자를 로직소자들과 함께 동일한 기판에 집적하는 경우 그 제조과정이 매우 복잡해지게 된다. 이와 같은 문제를 해결하기 이해 적층게이트 구조가 아닌 싱글 게이트 구조인 싱글 폴리 불휘발성 메모리소자가 내장형 불휘발성 메모리소자로서의 적용범위를 점점 넓히고 있는 실정이다. 싱글 폴리 불휘발성 메모리소자를 채용하면 로직소자를 제조하는데 적용되는 일반적인 상보형 모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Semiconductor)의 제조공정을 적용하여 용이하게 시스템온칩(SOC)을 구현할 수 있다.In order to manufacture an embedded nonvolatile memory device, the logic devices and the nonvolatile memory device are fabricated in the same process step. Logic devices, such as MOS devices, typically employ transistors of a single gate structure, and therefore, when integrating a non-volatile memory device employing a stacked gate structure with the logic devices on the same substrate, It becomes complicated. In order to solve such a problem, a single poly nonvolatile memory device, which is a single gate structure, rather than an understandable stacked gate structure, has widened its application range as an embedded nonvolatile memory element. When a single poly nonvolatile memory device is employed, a system-on-a-chip (SOC) can be easily implemented by applying a general complementary metal oxide semiconductor (CMOS) manufacturing process applied to manufacture logic devices.
본 출원이 해결하고자 하는 과제는, 프로그램 동작 및 리드 동작시에 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 수평적 커플링 비와, 이레이즈 동작시의 수평적 커플링 비를 다르게 하여 소자의 동작 특성을 향상시킬 수 있는 수평적 커플링 구조를 갖는 불휘발성 메모리셀을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present application is to provide a semiconductor memory device which has a horizontal coupling ratio between a select gate layer and a floating gate layer and a horizontal coupling ratio during erase operation during a program operation and a read operation, The present invention provides a nonvolatile memory cell having a horizontal coupling structure capable of improving the performance of a nonvolatile memory cell.
본 출원이 해결하고자 하는 다른 과제는 이와 같은 불휘발성 메모리셀을 이용한 메모리 셀 어레이를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a memory cell array using such a nonvolatile memory cell.
본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀은, 워드라인에 결합되는 선택게이트단자와, 소스라인에 결합되는 소스단자를 갖는 선택트랜지스터와, 플로팅게이트와, 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터와, 워드라인과 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터와, 그리고 워드라인과 플로팅게이트 사이의 제2 연결라인에 배치되는 PN 다이오드 및 제2 커플링커패시터를 포함한다. PN 다이오드의 애노드 및 캐소드는, 각각 제2 커플링커패시터 및 워드라인에 결합한다.A non-volatile memory cell according to an example of this disclosure includes a select transistor having a select gate terminal coupled to a word line, a source terminal coupled to a source line, a floating gate, and a drain terminal coupled to the bit line, A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the word line and the floating gate and a second coupling capacitor disposed in a second connection line between the word line and the floating gate, And a second coupling capacitor. The anode and the cathode of the PN diode are coupled to the second coupling capacitor and the word line, respectively.
본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀은, 제1 방향을 따라 길게 연장되게 배치되는 제1 액티브영역과, 제1 액티브영역 내에 배치되는 제1 도전형의 제1 접합영역, 제2 접합영역, 및 제3 접합영역과, 제1 액티브영역의 제1 영역과 교차하도록 제2 방향을 따라 길게 연장되도록 배치되는 플로팅게이트층과, 제1 액티브영역의 제2 영역과 교차하도록 제2 방향을 따라 길게 연장되도록 배치되는 선택게이트층과, 그리고 플로팅게이트층 및 선택게이트층 사이에 배치되는 유전체층을 포함하되, 선택게이트층은, 제1 도전형의 선택게이트층과, 제2 도전형의 선택게이트층의 접합 구조로 구성된다.A nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure includes a first active region arranged to extend along a first direction, a first junction region of a first conductivity type disposed in the first active region, And a third junction region, a floating gate layer disposed to extend along the second direction so as to intersect with the first region of the first active region, and a floating gate layer extending along the second direction so as to intersect the second region of the first active region And a dielectric layer disposed between the floating gate layer and the select gate layer, wherein the select gate layer includes a select gate layer of a first conductivity type, a select gate layer of a second conductivity type, As shown in Fig.
본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이는, 각각이 제1 방향을 따라 길게 연장되며, 제2 방향을 따라서는 상호 이격되도록 배치되는 복수개의 액티브영역들과, 각각이 액티브영역들과 교차하도록 제2 방향을 따라 길게 연장되며, 제1 방향을 따라서는 상호 이격되도록 배치되는 복수개의 선택게이트층들과, 각각이 선택게이트층들 각각과 나란하도록 배치되는 복수개의 플로팅게이트층들과, 그리고 각각이 선택게이트층들 각각과 플로팅게이트층들 각각의 사이에 배치되는 복수개의 유전체층을 포함하되, 선택게이트층들 각각은, 제1 도전형의 선택게이트층과 제2 도전형의 선택게이트층이 제2 방향을 따라 교대로 배치되어 구성된다.A nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure includes a plurality of active regions each extending in a first direction and arranged to be spaced apart from each other along a second direction, And a plurality of floating gate layers each disposed to be parallel with each of the select gate layers, and a plurality of floating gate layers, each of the plurality of select gate layers being disposed to be spaced apart from each other along the first direction, And a plurality of dielectric layers, each of the select gate layers being disposed between each of the select gate layers and each of the floating gate layers, wherein each of the select gate layers includes a select gate layer of a first conductivity type and a select gate layer of a second conductivity type And are arranged alternately along the second direction.
본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이는, 비트라인들 및 소스라인들에 의해 구분되는 행들과, 워드라인들에 의해 구분되는 열들의 교차점들 각각에 단위셀이 배치되어 구성된다. 단위셀은, 워드라인에 결합되는 선택게이트단자와, 소스라인에 결합되는 소스단자를 갖는 선택트랜지스터와, 플로팅게이트와, 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터와, 워드라인과 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터와, 그리고 워드라인과 플로팅게이트 사이의 제2 연결라인에 배치되는 PN 다이오드 및 제2 커플링커패시터를 포함한다. PN 다이오드의 애노드 및 캐소드는, 각각 제2 커플링커패시터 및 워드라인에 결합한다.A nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure is configured such that unit cells are arranged at each of intersections of rows separated by bit lines and source lines and columns separated by word lines. The unit cell includes a selection transistor having a selection gate terminal coupled to a word line and a source terminal coupled to a source line, a floating gate, and a drain terminal coupled to the bit line, A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the word line and the floating gate and a PN diode and a second coupling capacitor disposed in a second connection line between the word line and the floating gate, . The anode and the cathode of the PN diode are coupled to the second coupling capacitor and the word line, respectively.
본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀은, 프로그램 워드라인 및 리드/이레이즈 워드라인에 결합되는 선택게이트단자와, 소스라인에 결합되는 소스단자를 갖는 선택트랜지스터와, 플로팅게이트와, 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터와, 워드라인과 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터와, 그리고 워드라인과 플로팅게이트 사이의 제2 연결라인에 배치되는 PN 다이오드 및 제2 커플링커패시터를 포함한다. PN 다이오드의 애노드는 제2 커플링커패시터 및 프로그램 워드라인에 결합되고, PN 다이오드의 캐소드는, 선택게이트단자 및 리드/이레이즈 워드라인에 결합된다.A nonvolatile memory cell according to another example of this disclosure includes a select transistor having a select gate terminal coupled to a program word line and a read / erase word line, a source terminal coupled to a source line, a floating gate, A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the word line and the floating gate, and a second coupling capacitor disposed between the word line and the floating gate, the first coupling capacitor having a drain terminal coupled to the word line and the floating gate, 2 connection line, and a second coupling capacitor. The anode of the PN diode is coupled to the second coupling capacitor and the program word line, and the cathode of the PN diode is coupled to the select gate terminal and the read / erase word line.
본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이는, 비트라인들 및 소스라인들에 의해 구분되는 행들과, 프로그램 워드라인들 및 리드/이레이즈 워드라인들에 의해 구분되는 열들의 교차점들 각각에 단위셀이 배치되어 구성된다. 단위셀은, 프로그램 워드라인들 및 리드/이레이즈 워드라인들에 결합되는 선택게이트단자와, 소스라인에 결합되는 소스단자를 갖는 선택트랜지스터와, 플로팅게이트와, 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터와, 리드/이레이즈 워드라인과 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터와, 프로그램 워드라인과 리드/이레이즈 워드라인 사이에 배치되는 PN 다이오드와, 그리고 프로그램 워드라인과 플로팅게이트 사이에서 PN 다이오드와 직렬로 연결되도록 배치되는 제2 커플링커패시터를 포함한다. PN 다이오드의 애노드는 제2 커플링커패시터 및 프로그램 워드라인에 결합되고, PN 다이오드의 캐소드는, 리드/이레이즈 워드라인 및 선택게이트단자에 결합된다.A nonvolatile memory cell array according to another example of the present disclosure includes a plurality of memory cells arranged in rows and columns separated by bit lines and source lines and at intersections of columns separated by program word lines and read / Unit cells are arranged and configured. The unit cell has a select transistor having a select gate terminal coupled to the program word lines and the read / erase word lines, a source terminal coupled to the source line, a floating gate, and a drain terminal coupled to the bit line A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the read / erase word line and the floating gate; a second coupling capacitor disposed between the program word line and the read / erase word line; And a second coupling capacitor arranged in series with the PN diode between the program word line and the floating gate. The anode of the PN diode is coupled to the second coupling capacitor and the program word line, and the cathode of the PN diode is coupled to the read / erase word line and select gate terminal.
여러 실시예들에 따르면, 프로그램 동작 및 리드 동작시에 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 수평적 커플링 비와, 이레이즈 동작시의 수평적 커플링 비를 다르게 하여 소자의 동작 특성을 향상시킬 수 있다는 이점이 제공된다.According to various embodiments, the horizontal coupling ratio between the select gate layer and the floating gate layer during the program operation and the read operation and the horizontal coupling ratio during erase operation are different to improve the operation characteristics of the device Can be provided.
도 1은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 등가회로도이다.
도 2는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 레이아웃도이다.
도 3은 도 2의 선 I-I'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 4는 도 2의 선 II-II'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 5는 도 2의 선 III-III'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 6은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다.
도 7은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다.
도 8은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다.
도 9는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다.
도 10은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다.
도 11은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 레이아웃도이다.
도 12는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다.
도 13은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 14는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 15는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 16은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 등가회로도이다.
도 17은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 레이아웃도이다.
도 18은 도 16의 선 IV-IV'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 19는 도 16의 선 V-V'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 20은 도 2의 선 VI-VI'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 21 및 도 22는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
도 23은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다.
도 24는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다.
도 25는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다.
도 26은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다.
도 27은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 리드 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다.
도 28은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 레이아웃도이다.
도 29는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다.
도 30은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 31은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 32는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.1 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure.
2 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure.
3 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'of FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line III-III 'of FIG.
6 is a cross-sectional view for explaining a programming operation of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure.
7 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in a programming operation of a nonvolatile memory cell according to an example of this disclosure;
8 is a cross-sectional view for explaining an erasing operation of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure.
9 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in an erase operation of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure.
10 is a cross-sectional view illustrating a read operation of a non-volatile memory cell according to an example of the present disclosure.
11 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure.
12 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure.
13 is a diagram for explaining a program operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to an example of this disclosure.
14 is a diagram for explaining an erase operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure.
15 is a diagram for illustrating a read operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure.
16 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure.
17 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure.
18 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV 'of FIG.
19 is a cross-sectional view taken along the line V-V 'in Fig.
20 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI 'of FIG.
FIGS. 21 and 22 are cross-sectional views illustrating programming operation of a non-volatile memory cell according to another example of the present disclosure.
23 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in a programming operation of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure.
24 is a cross-sectional view for explaining an erase operation of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure.
25 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in an erase operation of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure.
26 is a cross-sectional view illustrating a read operation of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure.
27 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in a read operation of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure.
28 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell array according to another example of the present disclosure.
29 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell array according to another example of the present disclosure.
30 is a diagram showing a program operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to another example of this disclosure.
31 is a diagram for explaining an erasing operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to another example of this disclosure;
32 is a diagram showing a read operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to another example of the present disclosure.
본 출원의 예의 기재에서 "제1" 및 "제2"와 같은 기재는 부재를 구분하기 위한 것이며, 부재 자체를 한정하거나 특정한 순서를 의미하는 것으로 사용된 것은 아니다. 또한, 어느 부재의 "상"에 위치하거나 "상부", "하부", 또는 "측면"에 위치한다는 기재는 상대적인 위치 관계를 의미하는 것이지 그 부재에 직접 접촉하거나 또는 사이 계면에 다른 부재가 더 도입되는 특정한 경우를 한정하는 것은 아니다. 또한, 어느 한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어 있다"거나 "접속되어 있다"의 기재는, 다른 구성 요소에 전기적 또는 기계적으로 직접 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수 있으며, 또는, 중간에 다른 별도의 구성 요소들이 개재되어 연결 관계 또는 접속 관계를 구성할 수도 있다.In the description of the examples of the present application, descriptions such as " first "and" second "are for distinguishing members, and are not used to limit members or to denote specific orders. Further, the description that a substrate located on the "upper", "lower", or "side" of a member means a relative positional relationship means that the substrate is in direct contact with the member, or another member The present invention is not limited to a particular case. It is also to be understood that the description of "connected" or "connected" to one component may be directly or indirectly electrically or mechanically connected to another component, Separate components may be interposed to form a connection relationship or a connection relationship.
도 1은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 등가회로도이다. 도 1을 참조하면, 불휘발성 메모리 셀의 등가회로(200)는, 셀트랜지스터(210)와 선택트랜지스터(220)로 구성된다. 일 예에서, 셀트랜지스터(210) 및 선택트랜지스터(220)는 모두 N채널형 모스트랜지스터 구조로 구성될 수 있다. 셀트랜지스터(210)는, 플로팅게이트(FG)와, 비트라인(BL)에 결합되는 드레인단자(D)를 갖는다. 선택트랜지스터(220)는, 워드라인(WL)에 결합되는 선택게이트단자(SG)와, 소스라인(SL)에 결합되는 소스단자(S)를 갖는다. 셀트랜지스터(210)와 선택트랜지스터(220)에 의해 공유되는 접합단자(J)는, 셀트랜지스터(210)의 소스단자 및 선택트랜지스터(220)의 드레인단자에 해당한다. 선택게이트단자(SG)와 플로팅게이트(FG) 사이의 제1 연결라인(231)에는 제1 커플링커패시터(Cn)가 배치된다. 선택게이트단자(SG)와 플로팅게이트(FG) 사이의 제2 연결라인(232)에는 PN 다이오드(D1) 및 제2 커플링커패시터(Cp)가 배치된다. 제1 연결라인(231) 및 제2 연결라인(232)은, 상호 병렬 연결 관계를 갖는다. 따라서 제1 커플링커패시터(Cn) 및 제2 커플링커패시터(Cp)도 병렬 연결 관계를 갖는다. 제1 커플링커패시터(Cn) 및 제2 커플링커패시터(Cp)는 서로 다른 크기의 커패시턴스를 가질 수 있다. 제1 커플링커패시터(Cn)는 제2 커플링커패시터(Cp)보다 상대적으로 큰 커패시턴스를 가질 수 있다. PN 다이오드(D1)의 애노드 및 캐소드는, 각각 제2 커플링커패시터(Cp) 및 워드라인(WL)에 결합된다.1 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure. Referring to FIG. 1, an
워드라인(WL)을 통해 선택게이트단자(SG)에 일정 크기의 포지티브 바이어스가 인가되면, PN 다이오드(D1)에는 역방향 바이어스가 인가되며, 제2 연결라인(232)은 개방(open)된다. 따라서 플로팅게이트(FG)에는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의한 일정 크기의 커플링 바이어스가 유도된다. 이때 커플링 바이어스의 크기는, 제1 커플링커패시터(Cn)의 제1 커플링 비에 의해 영향을 받는다. 반면에, 워드라인(WL)을 통해 선택게이트단자(SG)에 일정 크기의 네가티브 바이어스가 인가되면, PN 다이오드(D1)에는 순방향 바이어스가 인가되며, 워드라인(WL)과 제2 커플링커패시터(Cp) 사이는 단락(short)된다. 따라서 플로팅게이트(FG)에는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작 외에도, 제2 커플링커패시터(Cp)의 커플링 동작에 의한 일정 크기의 커플링 바이어스가 유도된다. 이때 커플링 바이어스의 크기는, 제1 커플링커패시터(Cn)의 제1 커플링 비와 제2 커플링커패시터(Cp)의 제2 커플링 비에 의해 영향을 받는다.When a positive bias of a predetermined magnitude is applied to the select gate terminal SG through the word line WL, a reverse bias is applied to the PN diode D1, and the
일반적으로 셀트랜지스터(210)의 문턱전압 변동분(??VT)는 아래와 같이 정의된다.In general, the threshold voltage variation ?? VT of the
??VT=??Q/Ccoupling (식 1)VT = ?? Q / Ccoupling (Equation 1)
식 1에서 ??Q는 셀트랜지스터(210)의 플로팅게이트(FG)에서의 전하 변동분을 나타내고, Ccoupling은 셀트랜지스터(210)의 플로팅게이트(FG)와 선택트랜지스터(220)의 선택게이트단자(SG) 사이의 커패시턴스를 나타낸다. 식 1에 나타낸 바와 같이, 플로팅게이트(FG)에서의 전하 변동분이 동일한 경우, 플로팅게이트(FG)와 선택게이트단자(SG) 사이의 커패시턴스가 커지면, 문턱전압 변동분(??VT)은 작아진다. 반면에 플로팅게이트(FG)와 선택게이트단자(SG) 사이의 커패시턴스가 작아지면, 문턱전압 변동분(??VT)은 커진다.Ccoupling denotes a floating gate FG of the
위에서 설명한 바와 같이, 본 예에 따른 불휘발성 메모리 셀에 있어서, 플로팅게이트(FG)에 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 워드라인(WL)에 인가되는 바이어스의 극성이 포지티브인지 네가티브인지에 따라서 서로 다른 커플링 비가 적용되어 결정된다. 셀트랜지스터(210) 및 선택트랜지스터(220)가 모두 N채널형 모스트랜지스터 구조로 구성됨에 따라, 프로그램 동작 및 리드 동작은, 워드라인(WL)에 포지티브 바이어스가 인가됨으로써 수행될 수 있다. 반면에, 이레이즈 동작은, 워드라인(WL)에 네가티브 바이어스가 인가됨으로써 수행될 수 있다. 따라서 프로그램 및 리드 동작시와, 이레이즈 동작시에 셀트랜지스터(210)의 플로팅게이트(FG)에 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 다른 커플링 비가 적용되어 결정된다. 특히 이레이즈 동작시 제1 커패시터(Cn) 및 제2 커패시터(Cp)의 커플링 동작이 함께 수행되므로, 높은 커플링 비가 적용된다. 이레이즈 동작은 밴드-투-밴드 터널링(BTBT; Band-To-Band Tunneling) 메커니즘에 의해 수행되는데, 일반적으로 프로그램 동작시의 핫 일렉트론 인젝션(HEI; Hot Electron Injection) 메커니즘에 비하여, 동일한 전하변동분(??Q)을 유도하는데 더 많은 시간, 예컨대 프로그램 시간의 대략 100배가 더 소요된다. 그러나 본 예에서는 이레이즈 동작시 제2 커패시터(Cp)의 커플링 동작이 함께 이루어짐으로써, 위 식 1의 플로팅게이트(FG)와 선택게이트단자(SG) 사이의 커패시턴스(Ccoupling)를 크게 할 수 있으며, 이에 따라 동일한 문턱전압 변동분(??VT)을 나타내는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 리드 동작시에는 제1 커패시터(Cn)만으로 인한 커플링 동작에 따른 작은 커플링 비가 적용됨에 따라, 문턱전압 변동에 따른 리드 동작의 오차 범위를 감소시키고, 리드 디스터브(read disturb) 현상을 억제시킬 수 있다.As described above, in the nonvolatile memory cell according to the present embodiment, the magnitude of the coupling bias induced in the floating gate FG depends on whether the polarity of the bias applied to the word line WL is positive or negative Other coupling ratios are applied and determined. As the
도 2는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 레이아웃도이다. 그리고 도 3 내지 도 5는 각각 도 2의 선 I-I', 선 II-II', 및 선 III-III'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다. 도 2 내지 도 5를 참조하면, 기판(102)의 상부영역에 P형 반도체영역, 예컨대 P형 웰영역(104)이 배치된다. 기판(102) 상부영역에는 제1 액티브영역(111) 및 제2 액티브영역(112)을 한정하는 트랜치 소자분리층(106)이 배치된다. 제1 액티브영역(111) 및 제2 액티브영역(112)은 모두 P형 웰영역(104) 내에 배치된다. 제1 액티브영역(111)은, 제1 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태의 평면 형상을 갖는다. 제2 액티브영역(112)은 박스 형태의 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 액티브영역(112)은, 제1 방향을 따라 제1 액티브영역(111)과 일정 간격 이격되도록 배치된다.2 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure. 3 to 5 are cross-sectional views taken along line I-I ', line II-II', and line III-III 'of FIG. 2, respectively. 2 to 5, a P-type semiconductor region, for example, a P-
제1 액티브영역(111)에는 N+형 제1 접합영역(131), N+형 제2 접합영역(132), 및 N+형 제3 접합영역(133)이 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 배치된다. 일 예에서, N+형 제1 접합영역(131) 및 N+형 제3 접합영역(133)은, 각각 드레인영역 및 소스영역일 수 있다. N+형 제1 접합영역(131) 및 N+형 제3 접합영역(133)은 제1 액티브영역(111)의 양 가장자리 부분에 배치된다. N+형 제2 접합영역(132)은 N+형 제1 접합영역(131)과 N+형 제3 접합영역(133) 사이에 배치된다. N+형 제2 접합영역(132)은, 제1 방향을 따라 제1 채널영역(141)에 의해 N+형 제1 접합영역(131)과 이격된다. N+형 제2 접합영역(132)은, 제1 방향을 따라 제2 채널영역(142)에 의해 N+형 제3 접합영역(133)과 이격된다. 제2 액티브영역(112)에는 P+형 컨택영역(134)이 배치된다. N+형 제1 접합영역(131) 및 N+형 제3 접합영역(133)은, 각각 비트라인(BL) 및 소스라인(SL)에 결합된다. P+형 컨택영역(134)은 그라운드에 결합된다.In the first
플로팅게이트층(152) 및 선택게이트층(162)이 제1 액티브영역(111)과 교차하도록 배치된다. 플로팅게이트층(152) 및 선택게이트층(162)은, 각각 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태의 평면 구조를 가질 수 있다. 플로팅게이트층(152) 및 선택게이트층(162)은 제1 방향을 따라 일정 간격 이격된다. 플로팅게이트층(152)은 제1 액티브영역(111)의 제1 채널영역(141)과 중첩된다. 선택게이트층(162)은 제1 액티브영역(111)의 제2 채널영역(142)과 중첩된다. 플로팅게이트층(152) 하부에는 제1 게이트절연층(151)이 배치된다. 선택게이트층(162) 하부에는 제2 게이트절연층(161)이 배치된다. 플로팅게이트층(152)은 직접적인 전기적 결합 없이 고립된 플로팅 상태를 갖는다. 반면에 선택게이트층(162)은 워드라인(WL)에 결합된다. 플로팅게이트층(152) 및 선택게이트층(162)은, 단일층의 폴리실리콘층으로 구성되는 싱글 폴리 구조로 구성된다. 상호 대향하는 플로팅게이트층(152)의 일 측면 및 선택게이트층(162)의 일 측면 사이의 간격은, 제2 방향을 따라 실질적으로 일정할 수 있다. 플로팅게이트층(152) 및 선택게이트층(162) 사이에는 유전체층(170)이 배치된다.The floating
선택게이트층(162)은, 제2 방향을 따라 구분되는 N+형 선택게이트층(162N) 및 P+형 선택게이트층(162P)을 포함할 수 있다. N+형 선택게이트층(162N) 및 P+형 선택게이트층(162P)의 경계는 제1 액티브영역(111)의 일 측면으로부터 일정 간격 이격된 트랜치 소자분리층(106) 위에 위치한다. 이 경계로부터 제1 액티브영역(111)과 중첩되는 영역에는 N+형 선택게이트층(162N)이 배치된다. 이 경계로부터 제1 액티브영역(111)과 중첩되지 않는 영역에는 P+형 선택게이트층(162P)이 배치된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 플로팅게이트층(152)과 중첩되는 제2 방향을 따라 측정되는 N+형 선택게이트층(162N)의 제1 길이(L1)는, 플로팅게이트층(152)과 중첩되는 제2 방향을 따라 측정되는 P+형 선택게이트층(162P)의 제2 길이(L2)보다 크다. N+형 선택게이트층(162N)은 워드라인(WL)에 결합된다. 따라서 P+형 선택게이트층(162P)은, N+형 선택게이트층(162N)을 통해서만 워드라인(WL)에 연결될 수 있다. N+형 선택게이트층(162N) 및 P+형 선택게이트층(162P)은 PN 다이오드(D1)를 구성한다. PN 다이오드(D1)의 애노드 및 캐소드는, 각각 P+형 선택게이트층(162P) 및 N+형 선택게이트층(162N)에 해당한다. 따라서 워드라인(WL)을 통해 포지티브 바이어스가 인가되면, 역방향 바이어스 인가되는 PN 다이오드(D1)에 의해 P+형 선택게이트층(162P)에는 바이어스가 인가되지 않고, N+형 선택게이트층(162N)에만 바이어스가 인가된다. 반면에 워드라인(WL)을 통해 네가티브 바이어스가 인가되면, 순방향 바이어스 인가되는 PN 다이오드(D1)에 의해 P+형 선택게이트층(162P) 및 N+형 선택게이트층(162P) 모두에 바이어스가 인가된다.The
플로팅게이트층(152)은, 제1 플로팅게이트층(152A) 및 제2 플로팅게이트층(152B)을 포함할 수 있다. 유전체층(170)은, 제1 유전체층(170A) 및 제2 유전체층(170B)을 포함할 수 있다. 제1 플로팅게이트층(152A) 및 제1 유전체층(170A)은, N+형 선택게이트층(162N)과 제1 방향을 따라 중첩되는 부분으로 정의될 수 있다. 제2 플로팅게이트층(152B) 및 제2 유전체층(170B)은, P+형 선택게이트층(162P)과 제1 방향을 따라 중첩되는 부분으로 정의될 수 있다. 따라서 제1 플로팅게이트층(152A) 및 제2 플로팅게이트층(152B)의 경계선과, 제1 유전체층(170A) 및 제2 유전체층(170B)의 경계선은, N+형 선택게이트층(162N) 및 P+형 선택게이트층(162P)의 경계선으로부터 연장되는 선과 일치한다. 제1 플로팅게이트층(152A), 제1 유전체층(170A), 및 N+형 선택게이트층(162N)의 수평적 적층 구조는 제1 커플링커패시터(Cn)를 구성한다. 제2 플로팅게이트층(152B), 제2 유전체층(170B), 및 P+형 선택게이트층(162P)의 수평적 적층 구조는 제2 커플링커패시터(Cp)를 구성한다. 이에 따라 플로팅게이트층(152), 유전체층(170), 및 선택게이트층(162)의 수평적 적층 구조로 구성되는 전체 커패시터는, 제1 커플링커패시터(Cn) 및 제2 커플링커패시터(Cp)로 구성된다.The floating
본 예에 따른 불휘발성 메모리소자(100)는, 도 1의 불휘발성 메모리소자의 등가회로(200)를 구현하기 위한 하나의 예일 수 있다. N+형 제1 접합영역(131), N+형 제2 접합영역(132), 제1 채널영역(141), 제1 게이트절연층(151), 및 플로팅게이트층(152)은, 도 1의 등가회로에서 셀트랜지스터(210)를 구성할 수 있다. N+형 제1 접합영역(131) 및 N+형 제2 접합영역(132)은, 각각 셀트랜지스터(210)의 드레인단자(D) 및 접합단자(J)에 대응될 수 있다. 플로팅게이트층(152)은, 도 1의 등가회로에서 셀트랜지스터(210)의 플로팅게이트(FG)에 대응될 수 있다. N+형 제2 접합영역(132), N+형 제3 접합영역(133), 제2 채널영역(142), 제2 게이트절연층(161), 및 선택게이트층(162)은, 도 1의 등가회로에서 선택트랜지스터(220)를 구성할 수 있다. N+형 제3 접합영역(133)은, 선택트랜지스터(220)의 소스단자(S)에 대응될 수 있다. 선택게이트층(162)은, 도 1의 등가회로에서 선택트랜지스터(220)의 선택게이트단자(SG)에 대응될 수 있다.The
도 6은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 7은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다. 도 6에서 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 본 예에 따른 프로그램 동작은 핫 일렉트론 인젝션(HEI; Hot Electron Injection) 메커니즘에 의해 이루어질 수 있다. 먼저 도 6을 참조하면, 불휘발성 메모리 셀에 대한 프로그램 동작을 위해, 워드라인(WL)에 포지티브 프로그램전압(+Vpp)을 인가하고, 비트라인(BL)에 포지티브 프로그램 비트라인전압(+Vpb)을 인가한다. 소스라인(SL)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 일 예에서, 포지티브 프로그램전압(+Vpp) 및 포지티브 프로그램 비트라인전압(+Vpb)은, 각각 대략 +9V 및 +4.5V일 수 있다. 워드라인(WL)을 통해 인가되는 포지티브 프로그램전압(+Vpp)에 의해, 제2 N+형 접합영역(132) 및 제3 N+형 접합영역(133) 사이의 제2 채널영역(142)에는 반전층(182)이 형성되고, 선택트랜지스터(220)는 턴 온(turn on)된다. 이에 따라 제2 N+형 접합영역(132)에는 소스라인(SL)에 인가되는 0V가 유도된다.6 is a cross-sectional view for explaining a programming operation of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure. And FIG. 7 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in a programming operation of a nonvolatile memory cell according to an example of this disclosure. In Fig. 6, the same reference numerals as those in Fig. 3 denote the same components. The program operation according to this example can be performed by a hot electron injection (HEI) mechanism. 6, a positive program voltage (+ Vpp) is applied to the word line WL and a positive program bit line voltage (+ Vpb) is applied to the bit line BL for a program operation for the nonvolatile memory cell. . A ground voltage, for example, 0 V, is applied to the source line SL. In one example, the positive program voltage (+ Vpp) and the positive program bit line voltage (+ Vpb) may be approximately + 9V and + 4.5V, respectively. The positive programming voltage (+ Vpp) applied through the word line WL causes the
도 7에 나타낸 바와 같이, 워드라인(WL)으로부터 포지티브 프로그램전압(+Vpp)이 N+형 선택게이트층(162N)에 인가됨에 따라, PN 다이오드(D1)는 역방향 바이어스가 인가되어 개방(open)된다. 따라서 워드라인(WL)으로부터의 포지티브 프로그램전압(+Vpp)은 N+형 선택게이트층(162N)에만 인가될 뿐, P+형 선택게이트층(162P)에는 인가되지 않는다. P+형 선택게이트층(162P)에 바이어스가 인가되지 않음에 따라, 제2 플로팅게이트층(152B), 제2 유전체층(170B), 및 P+형 선택게이트층(162P)으로 구성되는 제2 커플링커패시터(Cp)는 커플링 동작을 수행하지 않는다. 따라서 플로팅게이트층(152)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(310)로 나타낸 바와 같이, 제1 플로팅게이트층(152A), 제1 유전체층(170A), 및 N+형 선택게이트층(162N)으로 구성되는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해서 이루어진다. 즉, 플로팅게이트층(152)으로 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 포지티브 프로그램전압(+Vpp)의 크기와 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 비에 의해 정해진다.As shown in FIG. 7, as the positive program voltage (+ Vpp) is applied to the N + type
다시 도 6을 참조하면, 플로팅게이트층(152)에 포지티브 커플링 프로그램전압(+Vc1)이 유도됨에 따라, 제1 N+형 접합영역(131) 및 제2 N+형 접합영역(132) 사이의 제1 채널영역(141)에는 반전층(181)이 형성된다. 이에 따라 제1 접합영역(131)에 인접하는 반전층(181) 내에 핫 일렉트론들(hot electrons)이 발생된다. 이 핫 일렉트론들은 포지티브 커플링 프로그램전압(+Vc1)에 의한 수직 전계에 의해 제1 게이트절연층(151)을 통과하여 플로팅게이트층(152)으로 주입된다. 플로팅게이트층(152)으로 핫 일렉트론들이 주입됨에 따라, 불휘발성 메모리 셀은 프로그램 상태가 되며, 제1 채널영역(141)에서의 문턱전압값은 프로그램되기 전보다 높아진다.Referring again to FIG. 6, as the positive coupling programming voltage (+ Vc1) is induced in the floating
도 8은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 9는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다. 도 8에서 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 본 예에 따른 이레이즈 동작은 밴드-투-밴드 터널링(BTBT; Band-To-Band Tunneling) 메커니즘에 의해 이루어질 수 있다. 먼저 도 8을 참조하면, 불휘발성 메모리 셀에 대한 이레이즈 동작을 위해, 워드라인(WL)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)을 인가하고, 비트라인(BL)에 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)을 인가한다. 소스라인(SL)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 일 예에서, 네가티브 이레이즈전압(-Vee) 및 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)은, 각각 대략 -9V 및 +6V일 수 있다. 워드라인(WL)을 통해 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 인가됨에 따라, 선택트랜지스터(220)는 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 제2 N+형 접합영역(132)은 플로팅 상태를 유지한다.8 is a cross-sectional view for explaining an erasing operation of a nonvolatile memory cell according to an example of the present disclosure. And FIG. 9 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in an erasing operation of a non-volatile memory cell according to an example of the present disclosure. In Fig. 8, the same reference numerals as those in Fig. 3 denote the same components. The erase operation according to this example can be performed by a band-to-band tunneling (BTBT) mechanism. 8, a negative erase voltage (-Vee) is applied to the word line WL and a positive erase bit line voltage (-Vee) is applied to the bit line BL in order to erase the nonvolatile memory cell. + Veb) is applied. A ground voltage, for example, 0 V, is applied to the source line SL. In one example, the negative erase voltage (-Vee) and the positive erase bit line voltage (+ Veb) may be approximately -9V and + 6V, respectively. As the negative erase voltage (-Vee) is applied through the word line WL, the
도 9에 나타낸 바와 같이, 워드라인(WL)으로부터 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 N+형 선택게이트층(162N)에 인가됨에 따라, PN 다이오드(D1)는 순방향 바이어스가 인가되어 단락(short)된다. 따라서 워드라인(WL)으로부터의 네가티브 이레이즈전압(-Vee)은 N+형 선택게이트층(162N) 및 P+형 선택게이트층(162P) 모두에 인가된다. 따라서 플로팅게이트층(152)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(310)로 나타낸 바와 같이, 제1 플로팅게이트층(152A), 제1 유전체층(170A), 및 N+형 선택게이트층(162N)으로 구성되는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해서 이루어진다. 또한 플로팅게이트층(152)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(320)로 나타낸 바와 같이, 제2 플로팅게이트층(152B), 제2 유전체층(170B), 및 P+형 선택게이트층(162P)으로 구성되는 제2 커플링커패시터(Cp)는 커플링 동작에 의해서도 이루어진다. 즉, 플로팅게이트층(152)으로 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 네가티브 이레이즈전압(-Vee)의 크기와 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 비 및 제2 커플링커패시터(Cp)의 커플링 비에 의해 정해진다.9, as the negative erase voltage -Vee from the word line WL is applied to the N + type
다시 도 8을 참조하면, 플로팅게이트층(152)에 네가티브 커플링 이레이즈전압(-Vc2)이 유도됨에 따라 제1 채널영역(141)에는 반전층이 형성되지 않는다. 제1 N+형 접합영역(131)에 비트라인(BL)으로부터의 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)이 인가됨에 따라, 제2 채널영역(142)과 N+형 제3 접합영역(133) 사이의 접합으로부터 디플리션이 발생된다. 이에 따라 에너지 갭보다 큰 에너지 밴드 구부러짐(energy band bending)이 발생되어, 플로팅게이트층(152) 내의 전자들은 제1 게이트절연층(151)을 통과하여 제1 N+형 접합영역(131)으로 터널링된다. 플로팅게이트층(152) 내의 전자들이 터널링됨에 따라, 불휘발성 메모리 셀은 이레이즈 상태가 되며, 제1 채널영역(141)에서의 문턱전압값은 이레이즈되기 전보다 낮아진다.Referring again to FIG. 8, no inversion layer is formed in the
도 10은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다. 도 10에서 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 불휘발성 메모리 셀에 대한 리드 동작을 위해, 워드라인(WL)에 포지티브 리드전압(+Vrr)을 인가하고, 비트라인(BL)에 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb)을 인가한다. 소스라인(SL)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 포지티브 리드전압(+Vrr)은, 프로그램 상태에서 셀트랜지스터(210)의 제1 채널영역(141)에서의 문턱전압 크기와, 이레이즈 상태에서 셀트랜지스터(210)의 제1 채널영역(141)에서의 문턱전압 크기의 사이값을 갖는다. 일 예에서, 포지티브 리드전압(+Vrr) 및 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb)은, 각각 대략 +4V 및 +1V일 수 있다. 워드라인(WL)을 통해 인가되는 포지티브 리드전압(+Vrr)에 의해, 제2 N+형 접합영역(132) 및 제3 N+형 접합영역(133) 사이의 제2 채널영역(142)에는 반전층(182)이 형성되고, 선택트랜지스터(220)는 턴 온된다. 이에 따라 제2 N+형 접합영역(132)에는 소스라인(SL)에 인가되는 0V가 유도된다.10 is a cross-sectional view illustrating a read operation of a non-volatile memory cell according to an example of the present disclosure. In Fig. 10, the same reference numerals as those in Fig. 3 denote the same components. 10, a positive read voltage (+ Vrr) is applied to the word line WL and a positive read bit line voltage (+ Vrb) is applied to the bit line BL for the read operation for the nonvolatile memory cell . A ground voltage, for example, 0 V, is applied to the source line SL. The positive read voltage + Vrr is a ratio of the threshold voltage magnitude in the
워드라인(WL)으로부터 포지티브 리드전압(+Vrr)이 N+형 선택게이트층(162N)에 인가됨에 따라, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 워드라인(WL)으로부터의 포지티브 리드전압(+Vrr)은 N+형 선택게이트층(162N)에만 인가된다. 따라서 플로팅게이트층(152)으로의 커플링 바이어스 유도는, 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해서 이루어진다. 즉, 플로팅게이트층(152)으로 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 포지티브 리드전압(+Vrr)의 크기와 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 비에 의해 정해진다. 플로팅게이트층(152)에 포지티브 커플링 리드전압(+Vc3)이 유도되면, 제1 채널영역(141)이 갖는 문턱전압값에 따라 제1 채널영역(141)이 반전층이 생기거나, 또는 생기지 않는다. 예컨대 문턱전압값이 높아진 프로그램 상태에서, 플로팅게이트층(152)에 포지티브 커플링 리드전압(+Vc3)이 인가되더라도 제1 채널영역(141)에는 반전층이 형성되지 않는다. 따라서 비트라인(BL)과 소스라인(SL) 사이에는 전류가 흐르지 않는다. 반면에 문턱전압값이 낮아진 이레이즈 상태에서는, 플로팅게이트층(152)에 포지티브 커플링 리드전압(+Vc3)가 인가됨에 따라, 제1 채널영역(131)에는 반전층(141)이 형성된다. 따라서 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb) 및 0V 각각 인가되는 비트라인(BL)과 소스라인(SL) 사이에는 전류가 흐른다. 이와 같이 비트라인(BL)과 소스라인(SL) 사이의 전류 흐름을 센싱(sensing)함으로써 불휘발성 메모리 셀의 상태(status)를 판독할 수 있다.The positive lead voltage + Vrr from the word line WL is applied to the N + type
도 11은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 레이아웃도이다. 본 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이(400)는, 단위셀들 각각이 2개의 행들 및 4개의 열들의 교차점들 각각에 배치되는 매트릭스 형태를 갖는다. 그러나 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 2개보다 많은 행들 및 4개보다 많은 열들로 구성되는 매트릭스 형태를 가질 수도 있다. 도 11을 참조하면, P형 웰영역(404) 내에 제1 액티브영역(411-10) 및 제2 액티브영역(411-20)이 배치된다. P형 웰영역(404)은 모든 단위셀들에 의해 공유될 수 있다. 제1 액티브영역(411-10) 및 제2 액티브영역(411-20)은, 제1 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태를 갖는다. 제1 액티브영역(411-10) 및 제2 액티브영역(411-20)은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상호 이격되도록 배치된다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 제1 액티브영역(411-10) 및 제2 액티브영역(411-20)은 트랜치 소자분리층에 의해 한정될 수 있다. 제1 액티브영역(411-10)은, 제1 행을 구성하는 단위셀들에 의해 공유되며, 제2 액티브영역(411-20)은, 제2 행을 구성하는 단위셀들에 의해 공유된다.11 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure. The nonvolatile
복수개의 선택게이트층(462)들이, 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 배치된다. 선택게이트층(462)은, 제2 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태의 평면구조를 갖는다. 이에 따라 선택게이트층(462)은 제1 액티브영역(411-10) 및 제2 액티브영역(411-20)과 교차한다. 선택게이트층(462)은 어느 하나의 열들을 구성하는 단위셀들에 결합된다. 선택게이트층(462)은, N+형으로 도핑된 N+형 선택게이트층(462N)들과 P+형으로 도핑된 P+형 선택게이트층(462P)이 제2 방향을 따라 교대로 배치되어 구성된다. N+형 선택게이트층(462N)들 중 하나는 제1 액티브영역(411-10)에 중첩되고, 다른 하나는 제2 액티브영역(411-20)과 중첩된다. 제1 액티브영역(411-10)에 중첩되는 N+형 선택게이트층(462N)은, 제1 행을 구성하는 단위셀에 결합된다. 제2 액티브영역(411-20)에 중첩되는 N+형 선택게이트층(462N)은, 제2 행을 구성하는 단위셀에 결합된다. P+형 선택게이트층(462P)은, N+형 선택게이트층(462N)들 사이에 배치되며, 따라서 제1 액티브영역(411-10) 및 제2 액티브영역(411-20)과 중첩되지 않는다. P+형 선택게이트층(462P)은 제1 행을 구성하는 단위셀과 제2 행을 구성하는 단위셀에 공통으로 결합된다. N+형 선택게이트층(462N) 및 P+형 선택게이트층(462P)은 PN 다이오드를 구성할 수 있다. N+형 선택게이트층(462N)들 각각은 컨택을 통해 워드라인들(WL1-WL4) 중 하나의 워드라인에 공통으로 결합된다.A plurality of select gate layers 462 are spaced apart from one another along the first direction. The
복수개의 제1 플로팅게이트층(452-1)들 및 제2 플로팅게이트층(452-2)들이 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 배치된다. 제1 플로팅게이트층(452-1)과 제2 플로팅게이트층(452-2)은, 제2 방향을 따라 상호 이격된다. 제1 플로팅게이트층(452-1)은 제1 액티브영역(411-10)과 교차하면서 선택게이트층(462)과 나란하게 배치된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 제1 플로팅게이트층(452-1) 및 선택게이트층(462) 사이에는 유전체층이 배치되어 커플링 커패시터가 구성된다. 제2 플로팅게이트층(452-2)은 제2 액티브영역(411-20)과 교차하면서 선택게이트층(462)과 나란하게 배치된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 제2 플로팅게이트층(452-2) 및 선택게이트층(462) 사이에는 유전체층이 배치되어 커플링 커패시터가 구성된다.A plurality of first floating gate layers 452-1 and second floating gate layers 452-2 are disposed to be spaced apart from each other along the first direction. The first floating gate layer 452-1 and the second floating gate layer 452-2 are mutually spaced along the second direction. The first floating gate layer 452-1 is disposed in parallel with the
제1 액티브영역(411-10)은, 선택게이트층(462) 및 제1 플로팅게이트층(452-1)에 의해 구분되는 제1 N+형 접합영역(431), 제2 N+형 접합영역(432), 및 제3 N+형 접합영역(433)을 포함한다. 제2 액티브영역(411-20)은, 선택게이트층(462) 및 제2 플로팅게이트층(452-2)에 의해 구분되는 제1 N+형 접합영역(431), 제2 N+형 접합영역(432), 및 제3 N+형 접합영역(433)을 포함한다. 제1 N+형 접합영역(431)은 제1 플로팅게이트층(452-1)과 인접하는 영역에 배치된다. 제2 N+형 접합영역(432)은 제1 플로팅게이트층(452-1)과 선택게이트층(462) 사이에 배치된다. 제3 N+형 접합영역(433)은 선택게이트층(462)과 인접하는 영역에 배치된다. 제1 액티브영역(411-10) 내의 제1 N+형 접합영역(431) 및 제3 N+형 접합영역(433)은 각각 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에 결합된다. 제2 액티브영역(411-20) 내의 제1 N+형 접합영역(431) 및 제3 N+형 접합영역(433)은 각각 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에 결합된다.The first active region 411-10 includes a first N +
도 12는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다. 도 12를 참조하면, 본 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 등가회로(500)는, 단위셀들 각각이 2개의 행들 및 4개의 열들의 교차점들 각각에 배치되는 매트릭스 형태를 갖는다. 그러나 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 2개보다 많은 행들 및 4개보다 많은 열들로 구성되는 매트릭스 형태를 가질 수도 있다. 행들은 비트라인들(BL1, BL2) 및 소스라인들(SL1, SL2)에 의해 구분될 수 있다. 열들은 워드라인들(WL1-WL4)에 의해 구분될 수 있다. 복수개의 단위셀들(611-614, 621-624) 각각은 동일한 구성을 갖는다. 예컨대 제1 행 및 제1 열의 단위셀(611)은, 셀트랜지스터(510-11) 및 선택트랜지스터(520-11)를 갖는다. 셀트랜지스터(510-11) 및 선택트랜지스터(520-11)는 N채널형 모스트랜지스터로 구성될 수 있다. 셀트랜지스터(510-11)는, 플로팅게이트(FG), 접합단자(J), 및 드레인단자(D)를 갖는다. 선택트랜지스터(520-11)는, 선택게이트단자(SG), 접합단자(J), 및 소스단자(S)를 갖는다. 소스단자(S) 및 드레인단자(D)는 각각 제1 소스라인(SL1) 및 제1 비트라인(BL1)에 결합된다. 접합단자(J)는 플로팅 상태를 갖는다. 선택게이트단자(SG)는 제1 워드라인(WL1)에 결합된다. 플로팅게이트(FG) 및 선택게이트단자(SG) 사이에는 제1 커플링커패시터(Cn)와 제2 커플링커패시터(Cp)가 병렬로 배치된다. 선택게이트단자(SG)와 제2 커플링커패시터(Cp) 사이에는 PN 다이오드(D1)가 배치된다. PN 다이오드(D1)의 애노드 및 캐소드는, 각각 제2 커플링커패시터(Cp) 및 선택게이트단자(SG)에 결합된다.12 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure. Referring to FIG. 12, the
제1 행을 구성하는 단위셀들(611-614) 각각의 소스단자(S)는 제1 소스라인(SL1)에 공통으로 결합된다. 제1 행을 구성하는 단위셀들(611-614) 각각의 드레인단자(D)는 제1 비트라인(BL1)에 공통으로 결합된다. 제2 행을 구성하는 단위셀들(621-624) 각각의 소스단자(S)는 제2 소스라인(SL2)에 공통으로 결합된다. 제2 행을 구성하는 단위셀들(621-624) 각각의 드레인단자(D)는 제2 비트라인(BL2)에 공통으로 결합된다. 제1 열을 구성하는 단위셀들(611, 621) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제1 워드라인(WL1)에 공통으로 결합된다. 제2 열을 구성하는 단위셀들(612, 622) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제2 워드라인(WL2)에 공통으로 결합된다. 제3 열을 구성하는 단위셀들(613, 623) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제3 워드라인(WL3)에 공통으로 결합된다. 제4 열을 구성하는 단위셀들(614, 624) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제4 워드라인(WL4)에 공통으로 결합된다.The source terminals S of each of the unit cells 611-614 constituting the first row are commonly coupled to the first source line SL1. The drain terminal D of each of the unit cells 611-614 constituting the first row is commonly coupled to the first bit line BL1. The source terminals S of each of the unit cells 621-624 constituting the second row are commonly coupled to the second source line SL2. The drain terminal D of each of the unit cells 621-624 constituting the second row is commonly coupled to the second bit line BL2. The select gate terminals SG of the
도 13은 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 도 13에서 도 12와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 13을 참조하면, 제1 행 및 제1 열의 선택단위셀(611)을 프로그램하기 위해, 선택단위셀(611)에 결합되는 제1 워드라인(WL1)에 포지티브 프로그램전압(+Vpp)을 인가하고, 나머지 워드라인들(WL2-WL4)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 선택단위셀(611)에 결합되는 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에는 각각 포지티브 프로그램 비트라인전압(+Vpb) 및 0V를 인가한다. 나머지 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에는 모두 0V를 인가한다. 제1 워드라인(WL1)으로부터의 포지티브 프로그램전압(+Vpp)은 선택트랜지스터(520-11)의 선택게이트단자(SG)에 인가되어 선택트랜지스터(520-11)를 턴 온 시킨다. 선택트랜지스터(520-11)의 선택게이트단자(SG)에 인가된 포지티브 프로그램전압(+Vpp)은, 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해, 셀트랜지스터(510-11)의 플로팅게이트(FG)에 커플링전압이 유도되도록 한다. PN 다이오드(D1)는 역방향 바이어스가 인가됨에 따라 개방(open)된다. 이와 같은 바이어스 조건에서 셀트랜지스터(510-11)는 핫 일렉트론 인젝션(HEI) 메커니즘에 의해 프로그램된다.13 is a diagram for explaining a program operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to an example of this disclosure. In Fig. 13, the same reference numerals as those in Fig. 12 denote the same components. 13, in order to program the
선택단위셀(611)과 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제1 행 및 제2 열의 비선택 단위셀(612)의 경우, 제2 워드라인(WL2)에 0V가 인가되어 선택트랜지스터(510-12)가 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 셀트랜지스터(520-12)의 플로팅게이트(FG)에는 커플링전압이 유도되지 않으며, 비선택 단위셀(612)은 프로그램 금지된다. 선택단위셀(611)과 제1 워드라인(WL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제2 행 및 제1 열의 비선택 단위셀(621)의 경우, 제1 워드라인(WL1)에 포지티브 프로그램전압(+Vpp)이 인가됨에 따라, 셀트랜지스터(510-21)의 플로팅게이트(FG)에 커플링전압이 유도된다. 이에 따라 셀트랜지스터(510-21) 및 선택트랜지스터(520-21) 모두 턴 온 된다. 그러나 제2 비트라인(BL2)과 제2 소스라인(SL2) 사이에 전위차가 없으므로 핫 일렉트론이 발생되지 않으며, 따라서 비선택 단위셀(621)은 프로그램 금지된다.In the case of other unselected unit cells sharing the first bit line BL1 and the first source line SL1, such as the
도 14는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 도 14에서 도 12와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 14를 참조하면, 제1 행 및 제1 열의 선택단위셀(611)을 이레이즈하기 위해, 선택단위셀(611)에 결합되는 제1 워드라인(WL1)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)을 인가하고, 나머지 워드라인들(WL2-WL4)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 선택단위셀(611)에 결합되는 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에는 각각 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb) 및 0V를 인가한다. 나머지 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에는 모두 0V를 인가한다. 제1 워드라인(WL1)으로부터 선택트랜지스터(520-11)의 선택게이트단자(SG)로 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 인가됨에 따라, PN 다이오드(D1)에는 순방향 바이어스가 인가되고, 이에 따라 단락(short)된다. 따라서 프로그램 동작과는 다르게 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작 외에도 제2 커플링커패시터(Cp)의 커플링 동작이 함께 이루어져서, 셀트랜지스터(510-11)의 플로팅게이트(FG)에는 네가티브 커플링전압이 유도된다. 플로팅게이트(FG)의 네가티브 커플링전압과 제1 비트라인(BL1)에 인가되는 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)의 전위차에 의해, 셀트랜지스터(510-11)는 밴드-투-밴드 터널링(BTBT) 메커니즘에 의해 이레이즈된다.14 is a diagram for explaining an erase operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure. In Fig. 14, the same reference numerals as those in Fig. 12 denote the same components. 14, a negative erase voltage (-Vee) is applied to the first word line WL1 coupled to the
선택단위셀(611)과 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제1 행 및 제2 열의 비선택 단위셀(612)의 경우, 제2 워드라인(WL2)에 0V가 인가되어 선택트랜지스터(510-12)가 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 셀트랜지스터(520-12)의 플로팅게이트(FG)에는 커플링전압이 유도되지 않는다. 따라서 셀트랜지스터(520-12)의 플로팅게이트(FG)와 제1 비트라인(BL1) 사이에는 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)만큼의 전위차가 발생될 뿐이다. 이 전위차는 셀트랜지스터(520-12)에 밴드-투-밴드 터널링(BTBT)을 발생시키지 않으며, 이에 따라 비선택 단위셀(612)은 이레이즈되지 않는다. 선택단위셀(611)과 제1 워드라인(WL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제2 행 및 제1 열의 비선택 단위셀(621)의 경우, 제1 워드라인(WL1)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 인가됨에 따라, 셀트랜지스터(510-21)의 플로팅게이트(FG)에 네가티브 커플링전압이 유도된다. 그러나 제2 비트라인(BL2)에 0V가 인가됨에 따라, 셀트랜지스터(520-12)의 플로팅게이트(FG)와 제1 비트라인(BL1) 사이에는 네가티브 이레이즈전압(-Vee)만큼의 전위차가 발생될 뿐이다. 이 전위차는 셀트랜지스터(520-12)에 밴드-투-밴드 터널링(BTBT)을 발생시키지 않으며, 이에 따라 비선택 단위셀(612)은 이레이즈되지 않는다.In the case of other unselected unit cells sharing the first bit line BL1 and the first source line SL1, such as the
비록 본 예에서는 특정 단위셀, 예컨대 제1 행 및 제1 열의 단위셀(611)을 선택적으로 이레이즈시키는 것을 예로 들었지만, 필요한 경우 모든 단위셀들에 대해 일괄적으로 이레이즈 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 모든 워드라인들(WL1-WL4)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)을 인가하고, 모든 비트라인들(BL1, BL2)에 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)을 인가한다. 모든 소스라인들(SL1, SL2)에는 그라운드 전압, 예컨대 0V를 인가한다. 이와 같은 바이어스 조건에 의해, 모든 단위셀들의 셀트랜지스터들은 위에서 설명한 밴드-투-밴드 터널링(BTBT) 메커니즘에 의해 일괄적으로 이레이즈될 수 있다.Although it has been described in the present example that the
도 15는 본 개시의 일 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 도 15에서 도 12와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 15를 참조하면, 제1 행 및 제1 열의 선택단위셀(611)을 리드하기 위해, 선택단위셀(611)에 결합되는 제1 워드라인(WL1)에 포지티브 리드전압(+Vrr)을 인가하고, 나머지 워드라인들(WL2-WL4)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 선택단위셀(611)에 결합되는 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에는 각각 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb) 및 0V를 인가한다. 나머지 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에는 모두 0V를 인가한다.15 is a diagram for illustrating a read operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to an example of the present disclosure. In Fig. 15, the same reference numerals as those in Fig. 12 denote the same components. 15, a positive read voltage + Vrr is applied to the first word line WL1 coupled to the
제1 워드라인(WL1)으로부터의 포지티브 리드전압(+Vrr)은 선택트랜지스터(520-11)를 턴 온 시킨다. 포지티브 리드전압(+Vrr)은, 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해, 셀트랜지스터(510-11)의 플로팅게이트(FG)에 포지티브 커플링전압이 유도되도록 한다. PN 다이오드(D1)는 역방향 바이어스가 인가됨에 따라 개방(open)되며, 제2 커플링커패시터(Cp)에 의한 커플링 동작은 수행되지 않는다. 셀트랜지스터(510-11)의 플로팅게이트(FG)에 포지티브 커플링전압이 유도됨에 따라, 셀트랜지스터(510-11)가 갖는 문턱전압의 크기에 따라 셀트랜지스터(510-11)는 턴 온 되거나, 턴 오프 상태를 유지한다. 셀트랜지스터(510-11)가 프로그램된 상태면 셀트랜지스터(510-11)는 턴 오프 상태를 유지한다. 반면에 셀트랜지스터(510-11)가 이레이즈된 상태면 셀트랜지스터(510-11)는 턴 온 된다. 셀트랜지스터(510-11)는 턴 오프 상태를 유지하면, 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이에 전류 경로(current path)가 형성되지 않는다. 반면에 셀트랜지스터(510-11)는 턴 온 되면, 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이에 전류 경로가 형성된다. 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이에 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb)의 전위차가 있으므로, 전류 경로를 통해 전류가 흐른다. 이와 같이 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이의 전류를 센싱함으로써 선택단위셀(611)의 셀트랜지스터(510-11)의 상태를 판독할 수 있다.The positive read voltage (+ Vrr) from the first word line WL1 turns on the selection transistor 520-11. The positive lead voltage (+ Vrr) causes the positive coupling voltage to be induced in the floating gate FG of the cell transistor 510-11 by the coupling operation of the first coupling capacitor Cn. The PN diode D1 is opened as the reverse bias is applied and the coupling operation by the second coupling capacitor Cp is not performed. As the positive coupling voltage is induced in the floating gate FG of the cell transistor 510-11, the cell transistor 510-11 is turned on according to the magnitude of the threshold voltage of the cell transistor 510-11, And maintains the turn-off state. When the cell transistor 510-11 is programmed, the cell transistor 510-11 maintains the turn-off state. On the other hand, when the cell transistor 510-11 is in an erased state, the cell transistor 510-11 is turned on. When the cell transistor 510-11 maintains the turn-off state, a current path is not formed between the first bit line BL1 and the first source line SL1. On the other hand, when the cell transistor 510-11 is turned on, a current path is formed between the first bit line BL1 and the first source line SL1. Since there is a potential difference between the positive read bit line voltage (+ Vrb) between the first bit line (BL1) and the first source line (SL1), a current flows through the current path. Thus, the state of the cell transistor 510-11 of the selected
선택단위셀(611)과 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제1 행 및 제2 열의 비선택 단위셀(612)의 경우, 제2 워드라인(WL2)에 0V가 인가됨에 따라, 비선택 단위셀(612)의 셀트랜지스터(510-12) 및 선택트랜지스터(520-12)는 모두 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 비선택 단위셀(612)에 의한 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1) 사이의 전류 경로는 형성되지 않으며, 선택단위셀(611)의 리드 동작에 영향을 주지 않는다.In the case of other unselected unit cells sharing the first bit line BL1 and the first source line SL1, such as the
도 16은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 등가회로도이다. 도 16을 참조하면, 불휘발성 메모리 셀의 등가회로(2000)는, 셀트랜지스터(2100)와 선택트랜지스터(2200)로 구성된다. 일 예에서, 셀트랜지스터(2100) 및 선택트랜지스터(2200)는 모두 N채널형 모스트랜지스터 구조로 구성될 수 있다. 셀트랜지스터(2100)는, 플로팅게이트(FG)와, 비트라인(BL)에 결합되는 드레인단자(D)를 갖는다. 선택트랜지스터(2200)는, 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE) 및 프로그램 워드라인(WL_P)에 결합되는 선택게이트단자(SG)와, 소스라인(SL)에 결합되는 소스단자(S)를 갖는다. 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)은 선택게이트단자(SG)에 직접 결합되지만, 프로그램 워드라인(WL_P)은 PN 다이오드(D1)을 통해 결합된다. 셀트랜지스터(2100)와 선택트랜지스터(2200)에 의해 공유되는 접합단자(J)는, 셀트랜지스터(2100)의 소스단자 및 선택트랜지스터(2200)의 드레인단자에 해당한다. 선택게이트단자(SG)와 플로팅게이트(FG) 사이의 제1 연결라인(2310)에는 제1 커플링커패시터(Cn)가 배치된다. 선택게이트단자(SG)와 플로팅게이트(FG) 사이의 제2 연결라인(2320)에는 PN 다이오드(D1) 및 제2 커플링커패시터(Cp)가 배치된다. 제1 연결라인(2310) 및 제2 연결라인(2320)은, 상호 병렬 연결 관계를 갖는다. 따라서 제1 커플링커패시터(Cn) 및 제2 커플링커패시터(Cp)도 병렬 연결 관계를 갖는다. 제1 커플링커패시터(Cn) 및 제2 커플링커패시터(Cp)는 서로 다른 크기의 커패시턴스를 가질 수 있다. 제1 커플링커패시터(Cn)는 제2 커플링커패시터(Cp)보다 상대적으로 큰 커패시턴스를 가질 수 있다. PN 다이오드(D1)의 애노드는 제2 커플링 커패시터(Cp) 및 프로그램 워드라인(WL_P)에 결합된다. PN 다이오드(D1)의 캐소드는, 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)에 결합된다.16 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure. 16, an
리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)을 통해 일정 크기의 포지티브 바이어스를 인가하면, PN 다이오드(D1)에는 역방향 바이어스가 인가되며, 제2 연결라인(2320)은 개방(open)된다. 따라서 플로팅게이트(FG)에는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의한 일정 크기의 커플링 바이어스가 유도된다. 이때 커플링 바이어스의 크기는, 제1 커플링커패시터(Cn)의 제1 커플링 비에 의해 영향을 받는다. 반면에, 프로그램 워드라인(WL_P)을 통해 일정 크기의 포지티브 바이어스를 인가하거나, 또는 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)을 통해 일정 크기의 네가티브 바이어스를 인가하면, PN 다이오드(D1)에는 순방향 바이어스가 인가되며, 제2 연결라인(2320)은 단락(short)된다. 따라서 플로팅게이트(FG)에는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작 외에도, 제2 커플링커패시터(Cp)의 커플링 동작에 의한 일정 크기의 커플링 바이어스가 유도된다. 이때 커플링 바이어스의 크기는, 제1 커플링커패시터(Cn)의 제1 커플링 비와 제2 커플링커패시터(Cp)의 제2 커플링 비에 의해 영향을 받는다.When a positive bias of a predetermined magnitude is applied through the read / erase word line WL_RE, a reverse bias is applied to the PN diode D1, and the
본 예에 따른 불휘발성 메모리 셀에 있어서, 프로그램 및 이레이즈 동작시와 리드 동작시에 서로 다른 커플링 비가 적용된다. 셀트랜지스터(2100) 및 선택트랜지스터(2200)가 모두 N채널형 모스트랜지스터 구조로 구성됨에 따라, 프로그램 동작 및 리드 동작은, 각각 프로그램 워드라인(WL_P) 및 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)에 포지티브 바이어스가 인가됨으로써 수행된다. 반면에 이레이즈 동작은 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)에 네가티브 바이어스가 인가됨으로써 수행된다. 이와 같은 동작 과정에서 프로그램 및 이레이즈 동작시와, 리드 동작시에 셀트랜지스터(2100)의 플로팅게이트(FG)에 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 다른 커플링 비가 적용되어 결정된다. 특히 프로그램 동작 및 이레이즈 동작시 제1 커패시터(Cn) 및 제2 커패시터(Cp)의 커플링 동작이 함께 수행되므로, 높은 커플링 비가 적용된다. 반면에 리드 동작시에는 제1 커패시터(Cn)만으로 인한 커플링 동작에 따른 작은 커플링 비가 적용된다. 본 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 동작 설명은 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.In the nonvolatile memory cell according to this example, different coupling ratios are applied during programming and erase operations and during the read operation. As the
도 17은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 레이아웃도이다. 그리고 도 18 내지 도 20은 각각 도 16의 선 IV-IV', 선 V-V', 및 선 III-III'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도들이다. 도 17 내지 도 20을 참조하면, 기판(1020)의 상부영역에 P형 반도체영역, 예컨대 P형 웰영역(1040)이 배치된다. 기판(1020) 상부영역에는 제1 액티브영역(1110) 및 제2 액티브영역(1120)을 한정하는 트랜치 소자분리층(1060)이 배치된다. 제1 액티브영역(1110) 및 제2 액티브영역(1120)은 모두 P형 웰영역(1040) 내에 배치된다. 제1 액티브영역(1110)은, 제1 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태의 평면 형상을 갖는다. 제2 액티브영역(1120)은 박스 형태의 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 액티브영역(1120)은, 제1 방향을 따라 제1 액티브영역(1110)과 일정 간격 이격되도록 배치된다.17 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure. 18 to 20 are cross-sectional views taken along line IV-IV ', line V-V', and line III-III 'of FIG. 16, respectively. Referring to FIGS. 17 to 20, a P-type semiconductor region, for example, a P-
제1 액티브영역(1110)에는 N+형 제1 접합영역(1310), N+형 제2 접합영역(1320), 및 N+형 제3 접합영역(1330)이 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 배치된다. 일 예에서, N+형 제1 접합영역(1310) 및 N+형 제3 접합영역(1330)은, 각각 드레인영역 및 소스영역일 수 있다. N+형 제1 접합영역(1310) 및 N+형 제3 접합영역(1330)은 제1 액티브영역(1110)의 양 가장자리 부분에 배치된다. N+형 제2 접합영역(1320)은 N+형 제1 접합영역(1310)과 N+형 제3 접합영역(1330) 사이에 배치된다. N+형 제2 접합영역(1320)은, 제1 방향을 따라 제1 채널영역(1410)에 의해 N+형 제1 접합영역(1310)과 이격된다. N+형 제2 접합영역(1320)은, 제1 방향을 따라 제2 채널영역(1420)에 의해 N+형 제3 접합영역(1330)과 이격된다. 제2 액티브영역(1120)에는 P+형 컨택영역(1340)이 배치된다. N+형 제1 접합영역(1310) 및 N+형 제3 접합영역(1330)은, 각각 비트라인(BL) 및 소스라인(SL)에 결합된다. P+형 컨택영역(1340)은 그라운드에 결합된다.The first
플로팅게이트층(1520) 및 선택게이트층(1620)이 제1 액티브영역(1110)과 교차하도록 배치된다. 플로팅게이트층(1520) 및 선택게이트층(1620)은, 각각 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태의 평면 구조를 가질 수 있다. 플로팅게이트층(1520) 및 선택게이트층(1620)은 제1 방향을 따라 일정 간격 이격된다. 플로팅게이트층(1520)은 제1 액티브영역(1110)의 제1 채널영역(1410)과 중첩된다. 선택게이트층(1620)은 제1 액티브영역(1110)의 제2 채널영역(1420)과 중첩된다. 플로팅게이트층(1520) 하부에는 제1 게이트절연층(1510)이 배치된다. 선택게이트층(1620) 하부에는 제2 게이트절연층(1610)이 배치된다. 플로팅게이트층(1520)은 직접적인 전기적 결합 없이 고립된 플로팅 상태를 갖는다. 반면에 선택게이트층(1620)은 프로그램 워드라인(WL_P) 및 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)에 결합된다. 플로팅게이트층(1520) 및 선택게이트층(1620)은, 단일층의 폴리실리콘층으로 구성되는 싱글 폴리 구조로 구성된다. 상호 대향하는 플로팅게이트층(1520)의 일 측면 및 선택게이트층(1620)의 일 측면 사이의 간격은, 제2 방향을 따라 실질적으로 일정할 수 있다. 플로팅게이트층(1520) 및 선택게이트층(1620) 사이에는 유전체층(1700)이 배치된다.The floating
선택게이트층(1620)은, 제2 방향을 따라 구분되는 N+형 선택게이트층(1620N) 및 P+형 선택게이트층(1620P)을 포함할 수 있다. N+형 선택게이트층(1620N) 및 P+형 선택게이트층(1620P)의 경계는 제1 액티브영역(1110)의 일 측면으로부터 일정 간격 이격된 트랜치 소자분리층(1060) 위에 위치한다. 이 경계로부터 제1 액티브영역(1110)과 중첩되는 영역에는 N+형 선택게이트층(1620N)이 배치된다. 이 경계로부터 제1 액티브영역(1110)과 중첩되지 않는 영역에는 P+형 선택게이트층(1620P)이 배치된다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 플로팅게이트층(1520)과 중첩되는 제2 방향을 따라 측정되는 N+형 선택게이트층(1620N)의 제1 길이(L1)는, 플로팅게이트층(1520)과 중첩되는 제2 방향을 따라 측정되는 P+형 선택게이트층(1620P)의 제2 길이(L2)보다 크다. P+형 선택게이트층(1620P)은 프로그램 워드라인(WL_P)에 결합된다. N+형 선택게이트층(1620N)은 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)에 결합된다. P+형 선택게이트층(1620P) 및 N+형 선택게이트층(1620N)은 PN 다이오드(D1)를 구성한다. PN 다이오드(D1)의 애노드 및 캐소드는, 각각 P+형 선택게이트층(1620P) 및 N+형 선택게이트층(1620N)에 해당한다. 이에 따라 P+형 선택게이트층(1620P)은 프로그램 워드라인(WL_P)으로부터 일정 크기의 바이어스를 직접 인가받고, N+형 선택게이트층(1620N)은 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)으로부터 일정 크기의 바이어스를 직접 인가받는다. 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)을 통해 포지티브 바이어스가 인가되면, 역방향 바이어스 인가되는 PN 다이오드(D1)에 의해 P+형 선택게이트층(1620P)에는 바이어스가 인가되지 않고, N+형 선택게이트층(1620N)에만 바이어스가 인가된다. 반면에 프로그램 워드라인(WL_P)을 통해 포지티브 바이어스가 인가되거나, 또는 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)을 통해 네가티브 바이어스가 인가되면, 순방향 바이어스 인가되는 PN 다이오드(D1)에 의해 P+형 선택게이트층(1620P) 및 N+형 선택게이트층(1620P) 모두에 바이어스가 인가된다.The
플로팅게이트층(1520)은, 제1 플로팅게이트층(1520A) 및 제2 플로팅게이트층(1520B)을 포함할 수 있다. 유전체층(1700)은, 제1 유전체층(1700A) 및 제2 유전체층(1700B)을 포함할 수 있다. 제1 플로팅게이트층(1520A) 및 제1 유전체층(1700A)은, N+형 선택게이트층(1620N)과 제1 방향을 따라 중첩되는 부분으로 정의될 수 있다. 제2 플로팅게이트층(1520B) 및 제2 유전체층(1700B)은, P+형 선택게이트층(1620P)과 제1 방향을 따라 중첩되는 부분으로 정의될 수 있다. 따라서 제1 플로팅게이트층(1520A) 및 제2 플로팅게이트층(1520B)의 경계선과, 제1 유전체층(1700A) 및 제2 유전체층(1700B)의 경계선은, N+형 선택게이트층(1620N) 및 P+형 선택게이트층(1620P)의 경계선으로부터 연장되는 선과 일치한다. 제1 플로팅게이트층(1520A), 제1 유전체층(1700A), 및 N+형 선택게이트층(1620N)의 수평적 적층 구조는 제1 커플링커패시터(Cn)를 구성한다. 제2 플로팅게이트층(1520B), 제2 유전체층(1700B), 및 P+형 선택게이트층(1620P)의 수평적 적층 구조는 제2 커플링커패시터(Cp)를 구성한다. 이에 따라 플로팅게이트층(1520), 유전체층(1700), 및 선택게이트층(1620)의 수평적 적층 구조로 구성되는 전체 커패시터는, 제1 커플링커패시터(Cn) 및 제2 커플링커패시터(Cp)로 구성된다.The floating
본 예에 따른 불휘발성 메모리소자(1000)는, 도 16의 불휘발성 메모리소자의 등가회로(2000)를 구현하기 위한 하나의 예일 수 있다. N+형 제1 접합영역(1310), N+형 제2 접합영역(1320), 제1 채널영역(1410), 제1 게이트절연층(1510), 및 플로팅게이트층(1520)은, 도 16의 등가회로에서 셀트랜지스터(2100)를 구성할 수 있다. N+형 제1 접합영역(1310) 및 N+형 제2 접합영역(1320)은, 각각 셀트랜지스터(2100)의 드레인단자(D) 및 접합단자(J)에 대응될 수 있다. 플로팅게이트층(1520)은, 도 16의 등가회로에서 셀트랜지스터(2100)의 플로팅게이트(FG)에 대응될 수 있다. N+형 제2 접합영역(1320), N+형 제3 접합영역(1330), 제2 채널영역(1420), 제2 게이트절연층(1610), 및 선택게이트층(1620)은, 도 16의 등가회로에서 선택트랜지스터(2200)를 구성할 수 있다. N+형 제3 접합영역(1330)은, 선택트랜지스터(2200)의 소스단자(S)에 대응될 수 있다. 선택게이트층(1620)은, 도 16의 등가회로에서 선택트랜지스터(2200)의 선택게이트단자(SG)에 대응될 수 있다.The
도 21 및 도 22는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다. 그리고 도 23은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 프로그램 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다. 본 예에 따른 프로그램 동작은 핫 일렉트론 인젝션(HEI; Hot Electron Injection) 메커니즘에 의해 이루어질 수 있다. 먼저 도 21 및 도 22를 참조하면, 불휘발성 메모리 셀에 대한 프로그램 동작을 위해, 프로그램 워드라인(WL_P)에 포지티브 프로그램전압(+Vpp)을 인가하고, 비트라인(BL)에 포지티브 프로그램 비트라인전압(+Vpb)을 인가한다. 소스라인(SL)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)은 플로팅시킨다. 일 예에서, 포지티브 프로그램전압(+Vpp) 및 포지티브 프로그램 비트라인전압(+Vpb)은, 각각 대략 +8V 및 +4V일 수 있다. 프로그램 워드라인(WL_P)을 통해 인가되는 포지티브 프로그램전압(+Vpp)에 의해, 제2 N+형 접합영역(1320) 및 제3 N+형 접합영역(1330) 사이의 제2 채널영역(1420)에는 반전층(1820)이 형성되고, 선택트랜지스터(2200)는 턴 온(turn on)된다. 이에 따라 제2 N+형 접합영역(1320)에는 소스라인(SL)에 인가되는 0V가 유도된다.FIGS. 21 and 22 are cross-sectional views illustrating programming operation of a non-volatile memory cell according to another example of the present disclosure. And FIG. 23 is a plan view illustrating a coupling mechanism between a select gate layer and a floating gate layer in a programming operation of a nonvolatile memory cell according to another example of this disclosure. The program operation according to this example can be performed by a hot electron injection (HEI) mechanism. First, referring to FIG. 21 and FIG. 22, a positive program voltage (+ Vpp) is applied to the program word line WL_P and a positive program bit line voltage (+ Vpb). A ground voltage, for example, 0 V, is applied to the source line SL. The read / erase word line WL_RE floats. In one example, the positive program voltage (+ Vpp) and the positive program bit line voltage (+ Vpb) may be approximately + 8V and + 4V, respectively. The
도 23에 나타낸 바와 같이, 프로그램 워드라인(WL_P)으로부터 포지티브 프로그램전압(+Vpp)이 P+형 선택게이트층(1620P)에 인가되고, 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)이 플로팅됨에 따라, PN 다이오드(D1)는 순방향 바이어스가 인가되어 단락(short)된다. 따라서 프로그램 워드라인(WL_P)으로부터의 포지티브 프로그램전압(+Vpp)은 P+형 선택게이트층(1620P) 및 N+형 선택게이트층(1620N)에 모두 인가된다. P+형 선택게이트층(162P)에 바이어스가 인가되지 않음에 따라, 제2 플로팅게이트층(152B), 제2 유전체층(170B), 및 P+형 선택게이트층(162P)으로 구성되는 제2 커플링커패시터(Cp)는 커플링 동작을 수행하지 않는다. 따라서 플로팅게이트층(1520)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(3100)로 나타낸 바와 같이, 제1 플로팅게이트층(1520A), 제1 유전체층(1700A), 및 N+형 선택게이트층(1620N)으로 구성되는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해서 이루어진다. 또한 플로팅게이트층(1520)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(3200)로 나타낸 바와 같이, 제2 플로팅게이트층(1520B), 제2 유전체층(1700B), 및 P+형 선택게이트층(1620P)으로 구성되는 제2 커플링커패시터(Cp)는 커플링 동작에 의해서도 이루어진다. 즉, 플로팅게이트층(1520)으로 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 포지티브 프로그램전압(+Vpp)의 크기와 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 비 및 제2 커플링커패시터(Cp)에 의한 커플링 비에 의해 정해진다.As shown in FIG. 23, as the positive program voltage (+ Vpp) is applied to the P + type
다시 도 21 및 도 22를 참조하면, 플로팅게이트층(1520)에 포지티브 커플링 프로그램전압(+Vc1)이 유도됨에 따라, 제1 N+형 접합영역(1310) 및 제2 N+형 접합영역(1320) 사이의 제1 채널영역(1410)에는 반전층(1810)이 형성된다. 이에 따라 제1 접합영역(1310)에 인접하는 반전층(1810) 내에 핫 일렉트론들(hot electrons)이 발생된다. 이 핫 일렉트론들은 포지티브 커플링 프로그램전압(+Vc1)에 의한 수직 전계에 의해 제1 게이트절연층(1510)을 통과하여 플로팅게이트층(1520)으로 주입된다. 플로팅게이트층(1520)으로 핫 일렉트론들이 주입됨에 따라, 불휘발성 메모리 셀은 프로그램 상태가 되며, 제1 채널영역(1410)에서의 문턱전압값은 프로그램되기 전보다 높아진다.Referring again to Figures 21 and 22, as the positive coupling programming voltage (+ Vc1) is induced in the floating
도 24는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 25는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 이레이즈 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다. 본 예에 따른 이레이즈 동작은 밴드-투-밴드 터널링(BTBT; Band-To-Band Tunneling) 메커니즘에 의해 이루어질 수 있다. 먼저 도 24를 참조하면, 불휘발성 메모리 셀에 대한 이레이즈 동작을 위해, 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)을 인가하고, 비트라인(BL)에 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)을 인가한다. 소스라인(SL)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 프로그램 워드라인(WL_P)은 플로팅시킨다. 일 예에서, 네가티브 이레이즈전압(-Vee) 및 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)은, 각각 대략 -8V 및 +5V일 수 있다. 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)을 통해 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 인가됨에 따라, 선택트랜지스터(2200)는 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 제2 N+형 접합영역(1320)은 플로팅 상태를 유지한다.24 is a cross-sectional view for explaining an erase operation of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure. And Fig. 25 is a plan view showing a coupling mechanism between the select gate layer and the floating gate layer in erase operation of the non-volatile memory cell according to another example of this disclosure. The erase operation according to this example can be performed by a band-to-band tunneling (BTBT) mechanism. Referring to FIG. 24, a negative erase voltage (-Vee) is applied to the read / erase word line WL_RE for erase operation to the nonvolatile memory cell, and a positive erase voltage And applies a bit line voltage (+ Veb). A ground voltage, for example, 0 V, is applied to the source line SL. The program word line WL_P floats. In one example, the negative erase voltage (-Vee) and the positive erase bit line voltage (+ Veb) may be approximately -8V and + 5V, respectively. As the negative erase voltage (-Vee) is applied through the read / erase word line WL_RE, the
도 25에 나타낸 바와 같이, 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)으로부터 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 N+형 선택게이트층(1620N)에 인가되고, 프로그램 워드라인(WL_P)은 플로팅됨에 따라, PN 다이오드(D1)는 순방향 바이어스가 인가되어 단락(short)된다. 따라서 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)으로부터의 네가티브 이레이즈전압(-Vee)은 N+형 선택게이트층(1620N) 및 P+형 선택게이트층(1620P) 모두에 인가된다. 따라서 플로팅게이트층(1520)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(3100)로 나타낸 바와 같이, 제1 플로팅게이트층(1520A), 제1 유전체층(1700A), 및 N+형 선택게이트층(1620N)으로 구성되는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해서 이루어진다. 또한 플로팅게이트층(1520)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(3200)로 나타낸 바와 같이, 제2 플로팅게이트층(1520B), 제2 유전체층(1700B), 및 P+형 선택게이트층(1620P)으로 구성되는 제2 커플링커패시터(Cp)의 커플링 동작에 의해서도 이루어진다. 즉, 플로팅게이트층(1520)으로 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 네가티브 이레이즈전압(-Vee)의 크기와 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 비 및 제2 커플링커패시터(Cp)에 의한 커플링 비에 의해 정해진다.25, a negative erase voltage (-Vee) is applied from the read / erase word line WL_RE to the N + type
다시 도 24를 참조하면, 플로팅게이트층(1520)에 네가티브 커플링 이레이즈전압(-Vc2)이 유도됨에 따라 제1 채널영역(1410)에는 반전층이 형성되지 않는다. 제1 N+형 접합영역(1310)에 비트라인(BL)으로부터의 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)이 인가됨에 따라, 제2 채널영역(1420)과 N+형 제3 접합영역(1330) 사이의 접합으로부터 디플리션이 발생된다. 이에 따라 에너지 갭보다 큰 에너지 밴드 구부러짐(energy band bending)이 발생되어, 플로팅게이트층(1520) 내의 전자들은 제1 게이트절연층(1510)을 통과하여 제1 N+형 접합영역(1310)으로 터널링된다. 플로팅게이트층(1520) 내의 전자들이 터널링됨에 따라, 불휘발성 메모리 셀은 이레이즈 상태가 되며, 제1 채널영역(1410)에서의 문턱전압값은 이레이즈되기 전보다 낮아진다.Referring again to FIG. 24, no inversion layer is formed in the
도 26은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 25는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀의 리드 동작시 선택게이트층과 플로팅게이트층 사이의 커플링 메커니즘을 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다. 먼저 도 26을 참조하면, 불휘발성 메모리 셀에 대한 리드 동작을 위해, 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)에 포지티브 리드전압(+Vrr)을 인가하고, 비트라인(BL)에 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb)을 인가한다. 프로그램 워드라인(WL_P)은 플로팅시킨다. 소스라인(SL)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 포지티브 리드전압(+Vrr)은, 프로그램 상태에서 셀트랜지스터(2100)의 제1 채널영역(1410)에서의 문턱전압 크기와, 이레이즈 상태에서 셀트랜지스터(2100)의 제1 채널영역(1410)에서의 문턱전압 크기의 사이값을 갖는다. 일 예에서, 포지티브 리드전압(+Vrr) 및 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb)은, 각각 대략 +3.3V 및 +1V일 수 있다. 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)을 통해 인가되는 포지티브 리드전압(+Vrr)에 의해, 제2 N+형 접합영역(1320) 및 제3 N+형 접합영역(1330) 사이의 제2 채널영역(1420)에는 반전층(1820)이 형성되고, 선택트랜지스터(2200)는 턴 온된다. 이에 따라 제2 N+형 접합영역(1320)에는 소스라인(SL)에 인가되는 0V가 유도된다.26 is a cross-sectional view illustrating a read operation of a nonvolatile memory cell according to another example of the present disclosure. And Fig. 25 is a plan view showing a coupling mechanism between the select gate layer and the floating gate layer in the read operation of the nonvolatile memory cell according to another example of this disclosure. 26, a positive read voltage (+ Vrr) is applied to the read / erase word line WL_RE and a positive read bit line voltage (+ Vrr) is applied to the bit line BL in order to perform a read operation for the nonvolatile memory cell. (+ Vrb). The program word line WL_P floats. A ground voltage, for example, 0 V, is applied to the source line SL. The positive read voltage + Vrr is a ratio of the threshold voltage magnitude in the
도 27에 나타낸 바와 같이, 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)으로부터 포지티브 리드전압(+Vrr)이 N+형 선택게이트층(1620N)에 인가되고, 프로그램 워드라인(WL_P)은 플로팅됨에 따라, PN 다이오드(D1)는 역방향 바이어스가 인가되어 개방(open)된다. 따라서 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE)으로부터의 포지티브 리드전압(+Vrr)은 N+형 선택게이트층(1620N)에만 인가될 뿐, P+형 선택게이트층(1620P)에는 인가되지 않는다. P+형 선택게이트층(1620P)에 바이어스가 인가되지 않음에 따라, 제2 플로팅게이트층(1520B), 제2 유전체층(1700B), 및 P+형 선택게이트층(1620P)으로 구성되는 제2 커플링커패시터(Cp)는 커플링 동작을 수행하지 않는다. 따라서 플로팅게이트층(1520)으로의 커플링 바이어스 유도는, 도면에서 박스(3100)로 나타낸 바와 같이, 제1 플로팅게이트층(1520A), 제1 유전체층(1700A), 및 N+형 선택게이트층(1620N)으로 구성되는 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해서 이루어진다. 즉, 플로팅게이트층(1520)으로 유도되는 커플링 바이어스의 크기는, 포지티브 리드전압(+Vrr)의 크기와 제1 커플링커패시터(Cn)에 의한 커플링 비에 의해 정해진다.27, a positive read voltage (+ Vrr) is applied to the N + type
플로팅게이트층(1520)에 포지티브 커플링 리드전압(+Vc3)이 유도되면, 제1 채널영역(1410)이 갖는 문턱전압값에 따라 제1 채널영역(1410)이 반전층이 생기거나, 또는 생기지 않는다. 예컨대 문턱전압값이 높아진 프로그램 상태에서, 플로팅게이트층(1520)에 포지티브 커플링 리드전압(+Vc3)이 인가되더라도 제1 채널영역(1410)에는 반전층이 형성되지 않는다. 따라서 비트라인(BL)과 소스라인(SL) 사이에는 전류가 흐르지 않는다. 반면에 문턱전압값이 낮아진 이레이즈 상태에서는, 플로팅게이트층(1520)에 포지티브 커플링 리드전압(+Vc3)가 인가됨에 따라, 제1 채널영역(1310)에는 반전층(1410)이 형성된다. 따라서 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb) 및 0V 각각 인가되는 비트라인(BL)과 소스라인(SL) 사이에는 전류가 흐른다. 이와 같이 비트라인(BL)과 소스라인(SL) 사이의 전류 흐름을 센싱(sensing)함으로써 불휘발성 메모리 셀의 상태(status)를 판독할 수 있다.When a positive coupling lead voltage (+ Vc3) is induced in the floating
도 28은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 레이아웃도이다. 본 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이(4000)는, 단위셀들 각각이 2개의 행들 및 4개의 열들의 교차점들 각각에 배치되는 매트릭스 형태를 갖는다. 그러나 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 2개보다 많은 행들 및 4개보다 많은 열들로 구성되는 매트릭스 형태를 가질 수도 있다. 도 28을 참조하면, P형 웰영역(4040) 내에 제1 액티브영역(4110-10) 및 제2 액티브영역(4110-20)이 배치된다. P형 웰영역(4040)은 모든 단위셀들에 의해 공유될 수 있다. 제1 액티브영역(4110-10) 및 제2 액티브영역(4110-20)은, 제1 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태를 갖는다. 제1 액티브영역(4110-10) 및 제2 액티브영역(4110-20)은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상호 이격되도록 배치된다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 제1 액티브영역(4110-10) 및 제2 액티브영역(4110-20)은 트랜치 소자분리층에 의해 한정될 수 있다. 제1 액티브영역(4110-10)은, 제1 행을 구성하는 단위셀들에 의해 공유되며, 제2 액티브영역(4110-20)은, 제2 행을 구성하는 단위셀들에 의해 공유된다.28 is a layout diagram of a nonvolatile memory cell array according to another example of the present disclosure. The nonvolatile
복수개의 선택게이트층(4620)들이, 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 배치된다. 선택게이트층(4620)은, 제2 방향을 따라 길게 연장되는 스트라이프 형태의 평면구조를 갖는다. 이에 따라 선택게이트층(4620)은 제1 액티브영역(4110-10) 및 제2 액티브영역(4110-20)과 교차한다. 선택게이트층(4620)은 어느 하나의 열들을 구성하는 단위셀들에 결합된다. 선택게이트층(4620)은, N+형으로 도핑된 N+형 선택게이트층(4620N)들과 P+형으로 도핑된 P+형 선택게이트층(4620P)이 제2 방향을 따라 교대로 배치되어 구성된다. N+형 선택게이트층(4620N)들 중 하나는 제1 액티브영역(4110-10)에 중첩되고, 다른 하나는 제2 액티브영역(4110-20)과 중첩된다. 제1 액티브영역(4110-10)에 중첩되는 N+형 선택게이트층(4602N)은, 제1 행을 구성하는 단위셀에 결합된다. 제2 액티브영역(4110-20)에 중첩되는 N+형 선택게이트층(4620N)은, 제2 행을 구성하는 단위셀에 결합된다. P+형 선택게이트층(4620P)은, N+형 선택게이트층(4620N)들 사이에 배치되며, 따라서 제1 액티브영역(4110-10) 및 제2 액티브영역(4110-20)과 중첩되지 않는다. P+형 선택게이트층(4620P)은 제1 행을 구성하는 단위셀과 제2 행을 구성하는 단위셀에 공통으로 결합된다. N+형 선택게이트층(4620N) 및 P+형 선택게이트층(4620P)은 PN 다이오드를 구성할 수 있다. P+형 선택게이트층(4620P)은 컨택을 통해 프로그램 워드라인들(WL_P1-WL_P4) 중 하나의 프로그램 워드라인에 결합된다. N+형 선택게이트층(4620N)들 각각은 컨택을 통해 리드/이레이즈 워드라인들(WL_RE1-WL_RE4) 중 하나의 리드/이레이즈 워드라인에 공통으로 결합된다.A plurality of
복수개의 제1 플로팅게이트층(4520-1)들 및 제2 플로팅게이트층(4520-2)들이 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 배치된다. 제1 플로팅게이트층(4520-1)과 제2 플로팅게이트층(4520-2)은, 제2 방향을 따라 상호 이격된다. 제1 플로팅게이트층(4520-1)은 제1 액티브영역(4110-10)과 교차하면서 선택게이트층(4620)과 나란하게 배치된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 제1 플로팅게이트층(4520-1) 및 선택게이트층(4620) 사이에는 유전체층이 배치되어 커플링 커패시터가 구성된다. 제2 플로팅게이트층(4520-2)은 제2 액티브영역(4110-20)과 교차하면서 선택게이트층(4620)과 나란하게 배치된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 제2 플로팅게이트층(4520-2) 및 선택게이트층(4620) 사이에는 유전체층이 배치되어 커플링 커패시터가 구성된다.A plurality of first floating gate layers 4520-1 and second floating gate layers 4520-2 are disposed to be spaced apart from each other along the first direction. The first floating gate layer 4520-1 and the second floating gate layer 4520-2 are mutually spaced along the second direction. The first floating gate layer 4520-1 is disposed in parallel with the
제1 액티브영역(4110-10)은, 선택게이트층(4620) 및 제1 플로팅게이트층(4520-1)에 의해 구분되는 제1 N+형 접합영역(4310), 제2 N+형 접합영역(4320), 및 제3 N+형 접합영역(4330)을 포함한다. 제2 액티브영역(4110-20)은, 선택게이트층(4620) 및 제2 플로팅게이트층(4520-2)에 의해 구분되는 제1 N+형 접합영역(4310), 제2 N+형 접합영역(4320), 및 제3 N+형 접합영역(4330)을 포함한다. 제1 N+형 접합영역(4310)은 제1 플로팅게이트층(4520-1)과 인접하는 영역에 배치된다. 제2 N+형 접합영역(4320)은 제1 플로팅게이트층(4520-1)과 선택게이트층(4620) 사이에 배치된다. 제3 N+형 접합영역(4330)은 선택게이트층(4620)과 인접하는 영역에 배치된다. 제1 액티브영역(4110-10) 내의 제1 N+형 접합영역(4310) 및 제3 N+형 접합영역(4330)은 각각 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에 결합된다. 제2 액티브영역(4110-20) 내의 제1 N+형 접합영역(4310) 및 제3 N+형 접합영역(4330)은 각각 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에 결합된다.The first active region 4110-10 includes a first N +
도 29는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다. 도 29를 참조하면, 본 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 등가회로(5000)는, 단위셀들 각각이 2개의 행들 및 4개의 열들의 교차점들 각각에 배치되는 매트릭스 형태를 갖는다. 그러나 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 2개보다 많은 행들 및 4개보다 많은 열들로 구성되는 매트릭스 형태를 가질 수도 있다. 행들은 비트라인들(BL1, BL2) 및 소스라인들(SL1, SL2)에 의해 구분될 수 있다. 열들은 프로그램 워드리인들(WL_P1-WL_P4) 및 리드/이레이즈 워드라인들(WL_RE1-WL_RE4)에 의해 구분될 수 있다. 복수개의 단위셀들(6110-6140, 6210-6240) 각각은 동일한 구성을 갖는다. 예컨대 제1 행 및 제1 열의 단위셀(6110)은, 셀트랜지스터(5100-11) 및 선택트랜지스터(5200-11)를 갖는다. 셀트랜지스터(5100-11) 및 선택트랜지스터(5200-11)는 N채널형 모스트랜지스터로 구성될 수 있다. 셀트랜지스터(5100-11)는, 플로팅게이트(FG), 접합단자(J), 및 드레인단자(D)를 갖는다. 선택트랜지스터(5200-11)는, 선택게이트단자(SG), 접합단자(J), 및 소스단자(S)를 갖는다. 소스단자(S) 및 드레인단자(D)는 각각 제1 소스라인(SL1) 및 제1 비트라인(BL1)에 결합된다. 접합단자(J)는 플로팅 상태를 갖는다. 선택게이트단자(SG)는 제1 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE1) 및 제1 프로그램 워드라인(WL_P1)에 결합된다. 제1 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE1)은 선택게이트단자(SG)에 직접 결합된다. 제1 프로그램 워드라인(WL_P1)은 PN 다이오드(D1)를 통해 선택게이트단자(SG)와 결합된다. 플로팅게이트(FG) 및 선택게이트단자(SG) 사이에는 제1 커플링커패시터(Cn)와 제2 커플링커패시터(Cp)가 병렬로 배치된다. 선택게이트단자(SG)와 제2 커플링커패시터(Cp) 사이에는 PN 다이오드(D1)가 배치된다. PN 다이오드(D1)의 애노드는 제1 프로그램 워드라인(WL_P1) 및 제2 커플링커패시터(Cp)에 결합된다. PN 다이오드(D1)의 캐소드는 선택게이트단자(SG) 및 제1 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE1)에 결합된다.29 is an equivalent circuit diagram of a nonvolatile memory cell array according to another example of the present disclosure. 29, an
제1 행을 구성하는 단위셀들(6110-6140) 각각의 소스단자(S)는 제1 소스라인(SL1)에 공통으로 결합된다. 제1 행을 구성하는 단위셀들(6110-6140) 각각의 드레인단자(D)는 제1 비트라인(BL1)에 공통으로 결합된다. 제2 행을 구성하는 단위셀들(6210-6240) 각각의 소스단자(S)는 제2 소스라인(SL2)에 공통으로 결합된다. 제2 행을 구성하는 단위셀들(6210-6240) 각각의 드레인단자(D)는 제2 비트라인(BL2)에 공통으로 결합된다. 제1 열을 구성하는 단위셀들(6110, 6210) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제1 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE1) 및 제1 프로그램 워드라인(WL_P1)에 결합된다. 제2 열을 구성하는 단위셀들(6120, 6220) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제2 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE2) 및 제2 프로그램 워드라인(WL_P2)에 결합된다. 제3 열을 구성하는 단위셀들(6130, 6230) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제3 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE3) 및 제3 프로그램 워드라인(WL_P3)에 결합된다. 제4 열을 구성하는 단위셀들(6140, 6240) 각각의 선택게이트단자(SG)는 제4 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE4) 및 제4 프로그램 워드라인(WL_P4)에 결합된다.The source terminals S of the unit cells 6110 - 6140 constituting the first row are commonly coupled to the first source line SL 1. The drain terminal D of each of the unit cells 6110 - 6140 constituting the first row is commonly coupled to the first bit line BL1. The source terminals S of each unit cell 6210-6240 constituting the second row are commonly coupled to the second source line SL2. The drain terminal D of each of the unit cells 6210-6240 constituting the second row is commonly coupled to the second bit line BL2. The select gate terminal SG of each of the
도 30은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 프로그램 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 도 30에서 도 29와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 30을 참조하면, 제1 행 및 제1 열의 선택단위셀(6110)을 프로그램하기 위해, 선택단위셀(6110)에 결합되는 제1 프로그램 워드라인(WL_P1)에 포지티브 프로그램전압(+Vpp)을 인가하고, 나머지 프로그램 워드라인들(WL_P2-WL_P4)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 모든 리드/이레이즈 워드라인들(WL_RE1-WL_RE4)은 플로팅시킨다. 선택단위셀(6110)에 결합되는 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에는 각각 포지티브 프로그램 비트라인전압(+Vpb) 및 0V를 인가한다. 나머지 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에는 모두 0V를 인가한다. 제1 프로그램 워드라인(WL_P1)으로부터의 포지티브 프로그램전압(+Vpp)은 선택트랜지스터(5200-11)의 선택게이트단자(SG)에 인가되어 선택트랜지스터(5200-11)를 턴 온 시킨다. 선택트랜지스터(5200-11)의 선택게이트단자(SG)에 인가된 포지티브 프로그램전압(+Vpp)은, 제1 커플링커패시터(Cn) 및 제2 커플링커패시터(Cp)의 커플링 동작에 의해, 셀트랜지스터(5100-11)의 플로팅게이트(FG)에 커플링전압이 유도되도록 한다. PN 다이오드(D1)는 순방향 바이어스가 인가됨에 따라 단락(short)된다. 이와 같은 바이어스 조건에서 셀트랜지스터(5100-11)는 핫 일렉트론 인젝션(HEI) 메커니즘에 의해 프로그램된다.30 is a diagram showing a program operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to another example of this disclosure. In Fig. 30, the same reference numerals as those in Fig. 29 denote the same components. 30, a positive program voltage (+ Vpp) is applied to the first program word line WL_P1 coupled to the
선택단위셀(6110)과 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제1 행 및 제2 열의 비선택 단위셀(6120)의 경우, 제2 프로그램 워드라인(WL_P2)에 0V가 인가되어 선택트랜지스터(5100-12)가 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 셀트랜지스터(5200-12)의 플로팅게이트(FG)에는 커플링전압이 유도되지 않으며, 비선택 단위셀(6120)은 프로그램 금지된다. 선택단위셀(6110)과 제1 프로그램 워드라인(WL_P1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제2 행 및 제1 열의 비선택 단위셀(6210)의 경우, 제1 프로그램 워드라인(WL_P1)에 포지티브 프로그램전압(+Vpp)이 인가됨에 따라, 셀트랜지스터(5100-21)의 플로팅게이트(FG)에 커플링전압이 유도된다. 이에 따라 셀트랜지스터(5100-21) 및 선택트랜지스터(5200-21) 모두 턴 온 된다. 그러나 제2 비트라인(BL2)과 제2 소스라인(SL2) 사이에 전위차가 없으므로 핫 일렉트론이 발생되지 않으며, 따라서 비선택 단위셀(6210)은 프로그램 금지된다.In the case of other unselected unit cells sharing the first bit line BL1 and the first source line SL1, such as the
도 31은 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 이레이즈 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 도 31에서 도 29와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 31을 참조하면, 제1 행 및 제1 열의 선택단위셀(6110)을 이레이즈하기 위해, 선택단위셀(6110)에 결합되는 제1 리드/이레이즈워드라인(WL_RE1)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)을 인가하고, 나머지 리드/이레이즈 워드라인들(WL_RE2-WL_RE4)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 모든 프로그램 워드라인들(WL_P1-WL_P4)은 플로팅시킨다. 선택단위셀(6110)에 결합되는 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에는 각각 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb) 및 0V를 인가한다. 나머지 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에는 모두 0V를 인가한다. 제1 리드/이레이즈워드라인(WL_RE1)으로부터 선택트랜지스터(5200-11)의 선택게이트단자(SG)로 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 인가됨에 따라, PN 다이오드(D1)에는 순방향 바이어스가 인가되고, 이에 따라 단락(short)된다. 따라서 프로그램 동작과 마찬가지로 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작 외에도 제2 커플링커패시터(Cp)의 커플링 동작이 함께 이루어져서, 셀트랜지스터(5100-11)의 플로팅게이트(FG)에는 네가티브 커플링전압이 유도된다. 플로팅게이트(FG)의 네가티브 커플링전압과 제1 비트라인(BL1)에 인가되는 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)의 전위차에 의해, 셀트랜지스터(5100-11)는 밴드-투-밴드 터널링(BTBT) 메커니즘에 의해 이레이즈된다.31 is a diagram showing an erasing operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to another example of this disclosure. 31, the same reference numerals as those in FIG. 29 denote the same elements. Referring to FIG. 31, in order to erase the
선택단위셀(6110)과 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제1 행 및 제2 열의 비선택 단위셀(6120)의 경우, 제1 리드/이레이즈워드라인(WL_RE1)에 0V가 인가되어 선택트랜지스터(5100-12)가 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 셀트랜지스터(5200-12)의 플로팅게이트(FG)에는 커플링전압이 유도되지 않는다. 따라서 셀트랜지스터(5200-12)의 플로팅게이트(FG)와 제1 비트라인(BL1) 사이에는 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)만큼의 전위차가 발생될 뿐이다. 이 전위차는 셀트랜지스터(5200-12)에 밴드-투-밴드 터널링(BTBT)을 발생시키지 않으며, 이에 따라 비선택 단위셀(6120)은 이레이즈되지 않는다. 선택단위셀(6110)과 제1 리드/이레이즈워드라인(WL_RE1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제2 행 및 제1 열의 비선택 단위셀(6210)의 경우, 제1 리드/이레이즈워드라인(WL_RE1)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)이 인가됨에 따라, 셀트랜지스터(5100-21)의 플로팅게이트(FG)에 네가티브 커플링전압이 유도된다. 그러나 제2 비트라인(BL2)에 0V가 인가됨에 따라, 셀트랜지스터(5200-12)의 플로팅게이트(FG)와 제1 비트라인(BL1) 사이에는 네가티브 이레이즈전압(-Vee)만큼의 전위차가 발생될 뿐이다. 이 전위차는 셀트랜지스터(5200-12)에 밴드-투-밴드 터널링(BTBT)을 발생시키지 않으며, 이에 따라 비선택 단위셀(6120)은 이레이즈되지 않는다.In the case of other unselected unit cells sharing the first bit line BL1 and the first source line SL1, such as the
비록 본 예에서는 특정 단위셀, 예컨대 제1 행 및 제1 열의 단위셀(6110)을 선택적으로 이레이즈시키는 것을 예로 들었지만, 필요한 경우 모든 단위셀들에 대해 일괄적으로 이레이즈 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 모든 리드/이레이즈 워드라인들(WL_RE1-WL_RE4)에 네가티브 이레이즈전압(-Vee)을 인가하고, 모든 비트라인들(BL1, BL2)에 포지티브 이레이즈 비트라인전압(+Veb)을 인가한다. 모든 소스라인들(SL1, SL2)에는 그라운드 전압, 예컨대 0V를 인가한다. 이와 같은 바이어스 조건에 의해, 모든 단위셀들의 셀트랜지스터들은 위에서 설명한 밴드-투-밴드 터널링(BTBT) 메커니즘에 의해 일괄적으로 이레이즈될 수 있다.Although it has been described in the present example that the
도 32는 본 개시의 다른 예에 따른 불휘발성 메모리 셀 어레이의 선택 단위셀에 대한 리드 동작을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 도 32에서 도 29와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 32를 참조하면, 제1 행 및 제1 열의 선택단위셀(6110)을 리드하기 위해, 선택단위셀(6110)에 결합되는 제1 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE1)에 포지티브 리드전압(+Vrr)을 인가하고, 나머지 리드/이레이즈 워드라인들(WL_RE2-WL_RE4)에는 그라운드전압, 예컨대 0V를 인가한다. 모든 프로그램 워드라인들(WL_P1-WL_P4)은 플로팅시킨다. 선택단위셀(6110)에 결합되는 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)에는 각각 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb) 및 0V를 인가한다. 나머지 제2 비트라인(BL2) 및 제2 소스라인(SL2)에는 모두 0V를 인가한다.32 is a diagram showing a read operation for a selected unit cell of a nonvolatile memory cell array according to another example of the present disclosure. 32, the same reference numerals as those in FIG. 29 denote the same components. 32, a positive read voltage (+) is applied to the first read / erase word line (WL_RE1) coupled to the
제1 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE1)으로부터의 포지티브 리드전압(+Vrr)은 선택트랜지스터(5200-11)를 턴 온 시킨다. 리드 동작시, 프로그램 동작 및 이레이즈 동작과는 다르게, 포지티브 리드전압(+Vrr)은, 제1 커플링커패시터(Cn)의 커플링 동작에 의해, 셀트랜지스터(5100-11)의 플로팅게이트(FG)에 포지티브 커플링전압이 유도되도록 한다. PN 다이오드(D1)는 역방향 바이어스가 인가됨에 따라 개방(open)되며, 제2 커플링커패시터(Cp)에 의한 커플링 동작은 수행되지 않는다. 셀트랜지스터(5100-11)의 플로팅게이트(FG)에 포지티브 커플링전압이 유도됨에 따라, 셀트랜지스터(5100-11)가 갖는 문턱전압의 크기에 따라 셀트랜지스터(5100-11)는 턴 온 되거나, 턴 오프 상태를 유지한다. 셀트랜지스터(5100-11)가 프로그램된 상태면 셀트랜지스터(5100-11)는 턴 오프 상태를 유지한다. 반면에 셀트랜지스터(5100-11)가 이레이즈된 상태면 셀트랜지스터(5100-11)는 턴 온 된다. 셀트랜지스터(5100-11)는 턴 오프 상태를 유지하면, 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이에 전류 경로(current path)가 형성되지 않는다. 반면에 셀트랜지스터(5100-11)는 턴 온 되면, 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이에 전류 경로가 형성된다. 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이에 포지티브 리드 비트라인전압(+Vrb)의 전위차가 있으므로, 전류 경로를 통해 전류가 흐른다. 이와 같이 제1 비트라인(BL1)과 제1 소스라인(SL1) 사이의 전류를 센싱함으로써 선택단위셀(6110)의 셀트랜지스터(5100-11)의 상태를 판독할 수 있다.The positive read voltage (+ Vrr) from the first read / erase word line WL_RE1 turns on the selection transistor 5200-11. Unlike the program operation and the erase operation, the positive read voltage (+ Vrr) is applied to the floating gate (FG) of the cell transistor 5100-11 by the coupling operation of the first coupling capacitor (Cn) ) To induce a positive coupling voltage. The PN diode D1 is opened as the reverse bias is applied and the coupling operation by the second coupling capacitor Cp is not performed. As the positive coupling voltage is induced in the floating gate FG of the cell transistor 5100-11, the cell transistor 5100-11 is turned on or off according to the magnitude of the threshold voltage of the cell transistor 5100-11, And maintains the turn-off state. When the cell transistor 5100-11 is programmed, the cell transistor 5100-11 maintains the turn-off state. On the other hand, when the cell transistor 5100-11 is in an erased state, the cell transistor 5100-11 is turned on. When the cell transistor 5100-11 maintains the turn-off state, a current path is not formed between the first bit line BL1 and the first source line SL1. On the other hand, when the cell transistor 5100-11 is turned on, a current path is formed between the first bit line BL1 and the first source line SL1. Since there is a potential difference between the positive read bit line voltage (+ Vrb) between the first bit line (BL1) and the first source line (SL1), a current flows through the current path. The state of the cell transistor 5100-11 of the selected
선택단위셀(6110)과 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1)을 공유하는 다른 비선택 단위셀들, 예컨대 제1 행 및 제2 열의 비선택 단위셀(6120)의 경우, 제2 리드/이레이즈 워드라인(WL_RE2)에 0V가 인가됨에 따라, 비선택 단위셀(6120)의 셀트랜지스터(5100-12) 및 선택트랜지스터(5200-12)는 모두 턴 오프 상태를 유지한다. 따라서 비선택 단위셀(6120)에 의한 제1 비트라인(BL1) 및 제1 소스라인(SL1) 사이의 전류 경로는 형성되지 않으며, 선택단위셀(6110)의 리드 동작에 영향을 주지 않는다.In the case of other unselected unit cells sharing the first bit line BL1 and the first source line SL1, such as the
상술한 바와 같이 본 출원의 실시 형태들을 도면들을 예시하며 설명하지만, 이는 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 설명하기 위한 것이며, 세밀하게 제시된 형상으로 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 한정하고자 한 것은 아니다.Although the embodiments of the present application as described above illustrate and describe the drawings, it is intended to illustrate what is being suggested in the present application and is not intended to limit what is presented in the present application in a detailed form.
100...불휘발성 메모리 셀
104...P형 웰영역
111...제1 액티브영역
112...제2 액티브영역
131...제1 N+형 접합영역
132...제2 N+형 접합영역
133...제3 N+형 접합영역
134...P+형 컨택영역
152...플로팅게이트층
152A...제1 플로팅게이트층
152B...제2 플로팅게이트층
162...선택게이트층
162N...N+형 선택게이트층
162P...P+형 선택게이트층
170...유전체층
Cn...제1 커플링커패시터
Cp...제2 커플링커패시터
D1...PN 다이오드100 ...
111 ... first
131 ... First N +
133 ... third N +
152 ... floating
152B ... second floating
162N ... N + type
170 ... Dielectric layer Cn ... First coupling capacitor
Cp ... second coupling capacitor D1 ... PN diode
Claims (35)
플로팅게이트와, 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 상기 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터;
상기 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터; 및
상기 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이의 제2 연결라인에 배치되는 PN 다이오드 및 제2 커플링커패시터를 포함하되,
상기 PN 다이오드의 애노드 및 캐소드는, 각각 상기 제2 커플링커패시터 및 워드라인에 결합되는 불휘발성 메모리 셀.A select transistor having a select gate terminal coupled to a word line and a source terminal coupled to a source line;
A floating gate, a cell transistor having a drain terminal coupled to the bit line, and sharing a junction terminal with the selection transistor;
A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the word line and the floating gate; And
A PN diode and a second coupling capacitor disposed in a second connection line between the word line and the floating gate,
Wherein the anode and the cathode of the PN diode are coupled to the second coupling capacitor and the word line, respectively.
상기 제1 연결라인 및 제2 연결라인은, 상호 병렬 관계로 배치되는 불휘발성 메모리 셀.The method according to claim 1,
Wherein the first connection line and the second connection line are arranged in parallel relation to each other.
상기 셀트랜지스터 및 선택트랜지스터는 N채널형 모스트랜지스터로 구성되는 불휘발성 메모리 셀.The method according to claim 1,
Wherein the cell transistor and the select transistor are formed of N-channel MOS transistors.
상기 셀트랜지스터에 대한 프로그램 동작 및 리드 동작은 상기 워드라인에 포지티브 바이어스 인가를 통해 수행되고, 상기 셀트랜지스터에 대한 이레이즈 동작은 상기 워드라인에 네가티브 바이어스 인가를 통해 수행되는 불휘발성 메모리 셀.The method of claim 3,
Wherein the program operation and the read operation for the cell transistor are performed by applying a positive bias to the word line and the erase operation for the cell transistor is performed through a negative bias to the word line.
상기 제1 커플링커패시터 및 제2 커플링커패시터는 서로 다른 크기의 커패시턴스를 갖는 불휘발성 메모리 셀.The method according to claim 1,
Wherein the first coupling capacitor and the second coupling capacitor have capacitances of different magnitudes.
상기 제1 커플링커패시터는 상기 제2 커플링커패시터보다 상대적으로 큰 커패시턴스를 갖는 불휘발성 메모리 셀.The method according to claim 1,
Wherein the first coupling capacitor has a relatively larger capacitance than the second coupling capacitor.
상기 제1 액티브영역 내에 배치되는 제1 도전형의 제1 접합영역, 제2 접합영역, 및 제3 접합영역;
상기 제1 액티브영역의 제1 영역과 교차하도록 제2 방향을 따라 길게 연장되도록 배치되는 플로팅게이트층;
상기 제1 액티브영역의 제2 영역과 교차하도록 상기 제2 방향을 따라 길게 연장되도록 배치되는 선택게이트층; 및
상기 플로팅게이트층 및 선택게이트층 사이에 배치되는 유전체층을 포함하되,
상기 선택게이트층은, 제1 도전형의 선택게이트층과, 제2 도전형의 선택게이트층의 접합 구조로 구성되는 불휘발성 메모리 셀.A first active region extending long along the first direction;
A first junction region, a second junction region, and a third junction region of a first conductivity type disposed in the first active region;
A floating gate layer disposed to extend along the second direction so as to intersect with the first region of the first active region;
A select gate layer disposed to extend along the second direction so as to intersect a second region of the first active region; And
And a dielectric layer disposed between the floating gate layer and the select gate layer,
Wherein the select gate layer is composed of a junction structure of a select gate layer of a first conductivity type and a select gate layer of a second conductivity type.
상기 제1 도전형은 N형이고, 상기 제2 도전형은 P형인 불휘발성 메모리 셀.8. The method of claim 7,
Wherein the first conductivity type is an N-type and the second conductivity type is a P-type.
상기 제1 액티브영역의 제1 영역은, 상기 제1 도전형의 제1 접합영역 및 제2 접합영역 사이의 제1 채널영역이고,
상기 제1 액티브영역의 제2 영역은, 상기 제1 도전형의 제2 접합영역 및 제3 접합영역 사이의 제2 채널영역인 불휘발성 메모리 셀.8. The method of claim 7,
The first region of the first active region is a first channel region between the first junction region and the second junction region of the first conductivity type,
And a second region of the first active region is a second channel region between the second junction region and the third junction region of the first conductivity type.
상호 대향하는 상기 플로팅게이트층의 일 측면 및 선택게이트층의 일 측면 사이의 간격은, 상기 제2 방향을 따라 실질적으로 일정한 불휘발성 메모리 셀.8. The method of claim 7,
The spacing between one side of the floating gate layer and one side of the select gate layer facing each other is substantially constant along the second direction.
상기 제1 도전형의 선택게이트층은 상기 제1 영역과 중첩되도록 위치하고, 상기 제2 도전형의 선택게이트층은 상기 제2 영역과 중첩되지 않도록 위치하는 불휘발성 메모리 셀.8. The method of claim 7,
Wherein the select gate layer of the first conductivity type overlies the first region and the select gate layer of the second conductivity type is located so as not to overlap with the second region.
상기 플로팅게이트층과 수평방향으로 중첩되는 상기 제1 도전형의 선택게이트층의 상기 제2 방향으로의 길이는, 상기 플로팅게이트층과 수평방향으로 중첩되는 상기 제2 도전형의 선택게이트층의 상기 제2 방향으로의 길이보다 긴 불휘발성 메모리 셀.12. The method of claim 11,
The length of the select gate layer of the first conductivity type overlapping with the floating gate layer in the horizontal direction is set to be longer than the length of the select gate layer of the second conductivity type The length of the nonvolatile memory cell being longer than the length in the second direction.
상기 제1 도전형의 선택게이트층에 결합되는 워드라인;
상기 제1 도전형의 제1 접합영역에 결합되는 비트라인; 및
상기 제1 도전형의 제3 접합영역에 결합되는 소스라인을 더 포함하는 불휘발성 메모리 셀.12. The method of claim 11,
A word line coupled to the select gate layer of the first conductivity type;
A bit line coupled to a first junction region of the first conductivity type; And
And a source line coupled to the third junction region of the first conductivity type.
상기 제1 도전형의 선택게이트층에 결합되는 리드/이레이즈 워드라인;
상기 제2 도전형의 선택게이트층에 결합되는 프로그램 워드라인;
상기 제1 도전형의 제1 접합영역에 결합되는 비트라인; 및
상기 제1 도전형의 제3 접합영역에 결합되는 소스라인을 더 포함하는 불휘발성 메모리 셀.12. The method of claim 11,
A read / erase word line coupled to the select gate layer of the first conductivity type;
A program word line coupled to the select gate layer of the second conductivity type;
A bit line coupled to a first junction region of the first conductivity type; And
And a source line coupled to the third junction region of the first conductivity type.
상기 플로팅게이트층 및 제1 채널영역 사이에 배치되는 제1 게이트절연층; 및
상기 선택게이트층 및 제2 채널영역 사이에 배치되는 제2 게이트절연층을 더 포함하는 불휘발성 메모리 셀.8. The method of claim 7,
A first gate insulating layer disposed between the floating gate layer and the first channel region; And
And a second gate insulating layer disposed between the select gate layer and the second channel region.
각각이 상기 액티브영역들과 교차하도록 상기 제2 방향을 따라 길게 연장되며, 제1 방향을 따라서는 상호 이격되도록 배치되는 복수개의 선택게이트층들;
각각이 상기 선택게이트층들 각각과 나란하도록 배치되는 복수개의 플로팅게이트층들; 및
각각이 상기 선택게이트층들 각각과 상기 플로팅게이트층들 각각의 사이에 배치되는 복수개의 유전체층을 포함하되,
상기 선택게이트층들 각각은, 제1 도전형의 선택게이트층과 제2 도전형의 선택게이트층이 상기 제2 방향을 따라 교대로 배치되어 구성되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.A plurality of active regions each extending lengthwise along a first direction and spaced apart along a second direction;
A plurality of select gate layers extending along the second direction such that each of the select gate layers crosses the active regions and are spaced apart from each other along the first direction;
A plurality of floating gate layers disposed such that each of the floating gate layers is parallel to each of the select gate layers; And
A plurality of dielectric layers each disposed between each of the select gate layers and each of the floating gate layers,
Wherein each of the select gate layers is constituted by alternately arranging a select gate layer of a first conductivity type and a select gate layer of a second conductivity type in the second direction.
상기 제1 도전형의 선택게이트층은 상기 액티브영역들과 중첩되도록 위치하고, 상기 제2 도전형의 선택게이트층은 상기 액티브영역과 중첩되지 않도록 위치하는 불휘발성 메모리 셀 어레이.17. The method of claim 16,
Wherein the select gate layer of the first conductivity type is positioned to overlap with the active regions and the select gate layer of the second conductivity type is located so as not to overlap the active region.
상기 액티브영역들 각각은, 상기 제1 도전형의 제1 접합영역들, 제2 접합영역들, 및 제3 접합영역들을 포함하는 불휘발성 메모리 셀 어레이.18. The method of claim 17,
Wherein each of the active regions comprises first junction regions of the first conductivity type, second junction regions, and third junction regions.
상기 제1 도전형은 N형이고, 상기 제2 도전형은 P형인 불휘발성 메모리 셀 어레이.19. The method of claim 18,
Wherein the first conductivity type is an N-type and the second conductivity type is a P-type.
각각이 상기 액티브영역들 각각의 상기 제1 접합영역들에 공통으로 결합되는 복수개의 소스라인들;
각각이 상기 액티브영역들 각각의 상기 제3 접합영역들에 공통으로 결합되는 복수개의 비트라인들; 및
각각이 상기 선택게이트층들 각각의 제1 도전형의 선택게이트층에 결합되는 워드라인들을 더 포함하는 불휘발성 메모리 셀 어레이.20. The method of claim 19,
A plurality of source lines, each of which is commonly coupled to the first junction regions of each of the active regions;
A plurality of bit lines, each of which is commonly coupled to the third junction regions of each of the active regions; And
Further comprising word lines each of which is coupled to a select gate layer of a first conductivity type of each of the select gate layers.
각각이 상기 액티브영역들 각각의 상기 제1 접합영역들에 공통으로 결합되는 복수개의 소스라인들;
각각이 상기 액티브영역들 각각의 상기 제3 접합영역들에 공통으로 결합되는 복수개의 비트라인들;
각각이 상기 선택게이트층들 각각의 제1 도전형의 선택게이트층에 결합되는 리드/이레이즈 워드라인들; 및
각각이 상기 선택게이트층들 각각의 제2 도전형의 선택게이트층에 결합되는 프로그램 워드라인들을 더 포함하는 불휘발성 메모리 셀 어레이.20. The method of claim 19,
A plurality of source lines, each of which is commonly coupled to the first junction regions of each of the active regions;
A plurality of bit lines, each of which is commonly coupled to the third junction regions of each of the active regions;
Lead / erase word lines, each of which is coupled to a select gate layer of a first conductivity type of each of the select gate layers; And
Further comprising program word lines, each of the program word lines being coupled to a select gate layer of a second conductivity type of each of the select gate layers.
상기 단위셀은,
상기 워드라인에 결합되는 선택게이트단자와, 상기 소스라인에 결합되는 소스단자를 갖는 선택트랜지스터;
플로팅게이트와, 상기 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 상기 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터;
상기 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터; 및
상기 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이의 제2 연결라인에 배치되는 PN 다이오드 및 제2 커플링커패시터를 포함하되,
상기 PN 다이오드의 애노드 및 캐소드는, 각각 상기 제2 커플링커패시터 및 상기 워드라인에 결합되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.A nonvolatile memory cell array in which unit cells are arranged at each of intersections of rows separated by bit lines and source lines and columns separated by word lines,
The unit cell includes:
A select transistor having a select gate terminal coupled to the word line and a source terminal coupled to the source line;
A cell transistor having a floating gate, a drain terminal coupled to the bit line, and sharing a junction terminal with the select transistor;
A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the word line and the floating gate; And
A PN diode and a second coupling capacitor disposed in a second connection line between the word line and the floating gate,
And an anode and a cathode of the PN diode are coupled to the second coupling capacitor and the word line, respectively.
상기 제1 연결라인 및 제2 연결라인은, 상호 병렬 관계로 배치되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.23. The method of claim 22,
Wherein the first connection line and the second connection line are arranged in parallel relation to each other.
상기 셀트랜지스터 및 선택트랜지스터는 N채널형 모스트랜지스터로 구성되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.23. The method of claim 22,
And the cell transistor and the selection transistor are formed of N-channel type MOS transistors.
상기 단위셀에 대한 프로그램 동작 및 리드 동작은 상기 워드라인에 포지티브 바이어스 인가를 통해 수행되고, 상기 단위셀에 대한 이레이즈 동작은 상기 워드라인에 네가티브 바이어스 인가를 통해 수행되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.25. The method of claim 24,
Wherein the program operation and the read operation for the unit cell are performed by applying a positive bias to the word line and the erase operation for the unit cell is performed through a negative bias to the word line.
플로팅게이트와, 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 상기 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터;
상기 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터; 및
상기 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이의 제2 연결라인에 배치되는 PN 다이오드 및 제2 커플링커패시터를 포함하되,
상기 PN 다이오드의 애노드는 상기 제2 커플링커패시터 및 프로그램 워드라인에 결합되고, 상기 PN 다이오드의 캐소드는, 상기 선택게이트단자 및 리드/이레이즈 워드라인에 결합되는 불휘발성 메모리 셀.A select transistor having a select gate terminal coupled to a program word line and a read / erase word line, and a source terminal coupled to a source line;
A floating gate, a cell transistor having a drain terminal coupled to the bit line, and sharing a junction terminal with the selection transistor;
A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the word line and the floating gate; And
A PN diode and a second coupling capacitor disposed in a second connection line between the word line and the floating gate,
Wherein an anode of the PN diode is coupled to the second coupling capacitor and a program word line, and a cathode of the PN diode is coupled to the select gate terminal and the read / erase word line.
상기 제1 연결라인 및 제2 연결라인은, 상호 병렬 관계로 배치되는 불휘발성 메모리 셀.27. The method of claim 26,
Wherein the first connection line and the second connection line are arranged in parallel relation to each other.
상기 셀트랜지스터 및 선택트랜지스터는 N채널형 모스트랜지스터로 구성되는 불휘발성 메모리 셀.27. The method of claim 26,
Wherein the cell transistor and the select transistor are formed of N-channel MOS transistors.
상기 셀트랜지스터에 대한 프로그램 동작은 상기 리드/이레이즈 워드라인을 플로팅시키고 상기 프로그램 워드라인에 포지티브 바이어스를 인가하여 수행되고,
상기 셀트랜지스터에 대한 이레이즈 동작은 상기 프로그램 워드라인을 플로팅시키고 상기 리드/이레이즈 워드라인에 네가티브 바이어스를 인가하여 수행되며, 그리고
상기 셀트랜지스터에 대한 리드 동작은 상기 프로그램 워드라인을 플로팅시키고 상기 리드/이레이즈 워드라인에 포지티브 바이어스를 인가하여 수행되는 불휘발성 메모리 셀.29. The method of claim 28,
Program operation for the cell transistor is performed by floating the read / erase word line and applying a positive bias to the program word line,
The erase operation for the cell transistor is performed by floating the program word line and applying a negative bias to the read / erase word line, and
Wherein the read operation for the cell transistor is performed by floating the program word line and applying a positive bias to the read / erase word line.
상기 제1 커플링커패시터 및 제2 커플링커패시터는 서로 다른 크기의 커패시턴스를 갖는 불휘발성 메모리 셀.27. The method of claim 26,
Wherein the first coupling capacitor and the second coupling capacitor have capacitances of different magnitudes.
상기 제1 커플링커패시터는 상기 제2 커플링커패시터보다 상대적으로 큰 커패시턴스를 갖는 불휘발성 메모리 셀.27. The method of claim 26,
Wherein the first coupling capacitor has a relatively larger capacitance than the second coupling capacitor.
상기 단위셀은,
상기 프로그램 워드라인들 및 리드/이레이즈 워드라인들에 결합되는 선택게이트단자와, 상기 소스라인에 결합되는 소스단자를 갖는 선택트랜지스터;
플로팅게이트와, 상기 비트라인에 결합되는 드레인단자를 가지며, 상기 선택트랜지스터와 접합단자를 공유하는 셀트랜지스터;
상기 리드/이레이즈 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이의 제1 연결라인에 배치되는 제1 커플링커패시터;
상기 프로그램 워드라인과 상기 리드/이레이즈 워드라인 사이에 배치되는 PN 다이오드; 및
상기 프로그램 워드라인과 상기 플로팅게이트 사이에서 상기 PN 다이오드와 직렬로 연결되도록 배치되는 제2 커플링커패시터를 포함하되,
상기 PN 다이오드의 애노드는 상기 제2 커플링커패시터 및 프로그램 워드라인에 결합되고, 상기 PN 다이오드의 캐소드는, 상기 리드/이레이즈 워드라인 및 선택게이트단자에 결합되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.In a nonvolatile memory cell array in which unit cells are arranged in each of the rows separated by the bit lines and the source lines and the intersections of the columns separated by the program word lines and the read / erase word lines ,
The unit cell includes:
A select transistor having a select gate terminal coupled to the program word lines and the read / erase word lines, and a source terminal coupled to the source line;
A cell transistor having a floating gate, a drain terminal coupled to the bit line, and sharing a junction terminal with the select transistor;
A first coupling capacitor disposed in a first connection line between the read / erase word line and the floating gate;
A PN diode disposed between the program word line and the read / erase word line; And
And a second coupling capacitor disposed in series with the PN diode between the program word line and the floating gate,
Wherein an anode of the PN diode is coupled to the second coupling capacitor and a program word line, and a cathode of the PN diode is coupled to the read / erase word line and the select gate terminal.
상기 제1 연결라인 및 제2 연결라인은, 상호 병렬 관계로 배치되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.33. The method of claim 32,
Wherein the first connection line and the second connection line are arranged in parallel relation to each other.
상기 셀트랜지스터 및 선택트랜지스터는 N채널형 모스트랜지스터로 구성되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.33. The method of claim 32,
And the cell transistor and the selection transistor are formed of N-channel type MOS transistors.
상기 단위셀에 대한 프로그램 동작은 상기 리드/이레이즈 워드라인을 플로팅시키고 상기 프로그램 워드라인에 포지티브 바이어스를 인가하여 수행되고,
상기 단위셀에 대한 이레이즈 동작은 상기 프로그램 워드라인을 플로팅시키고 상기 리드/이레이즈 워드라인에 네가티브 바이어스를 인가하여 수행되며, 그리고
상기 단위셀에 대한 리드 동작은 상기 프로그램 워드라인을 플로팅시키고 상기 리드/이레이즈 워드라인에 포지티브 바이어스를 인가하여 수행되는 불휘발성 메모리 셀 어레이.35. The method of claim 34,
Program operation for the unit cell is performed by floating the read / erase word line and applying a positive bias to the program word line,
The erase operation for the unit cell is performed by floating the program word line and applying a negative bias to the read / erase word line, and
Wherein the read operation for the unit cell is performed by floating the program word line and applying a positive bias to the read / erase word line.
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