KR20210153275A - Electronic device - Google Patents

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KR20210153275A
KR20210153275A KR1020200070141A KR20200070141A KR20210153275A KR 20210153275 A KR20210153275 A KR 20210153275A KR 1020200070141 A KR1020200070141 A KR 1020200070141A KR 20200070141 A KR20200070141 A KR 20200070141A KR 20210153275 A KR20210153275 A KR 20210153275A
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Abstract

The present technology is to provide an electronic device comprising a semiconductor memory having an improved reliability. Provided is the electronic device comprising: a first conductive line; a second conductive line crossing the first conductive line; and a memory cell positioned between the first conductive line and the second conductive line in which a chalcogenide film and at least one threshold voltage adjustment film are stacked, wherein the chalcogenide film has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, is programmed to have a second threshold voltage greater than that of the first threshold voltage in response to a second polarity program voltage, and is programmed to have the first threshold voltage at the second threshold voltage in response to a program voltage of a first polarity different from the second polarity.

Description

전자 장치{ELECTRONIC DEVICE}Electronic device {ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 메모리 회로 또는 반도체 장치와 전자 장치에서의 이들의 응용에 관한 것이다.The present invention relates to memory circuits or semiconductor devices and their applications in electronic devices.

최근 전자기기의 소형화, 저전력화, 고성능화, 다양화 등에 따라, 컴퓨터, 휴대용 통신기기 등 다양한 전자기기에서 정보를 저장할 수 있는 반도체 장치가 요구되고 있으며, 이에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 반도체 장치로는 인가되는 전압 또는 전류에 따라 서로 다른 저항 상태 사이에서 스위칭하는 특성을 이용하여 데이터를 저장할 수 있는 반도체 장치 예컨대, RRAM(Resistive Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), 이-퓨즈(E-fuse) 등이 있다.Recently, in accordance with miniaturization, low power consumption, high performance, and diversification of electronic devices, a semiconductor device capable of storing information in various electronic devices such as computers and portable communication devices is required, and research on this is being conducted. As such a semiconductor device, a semiconductor device capable of storing data using a characteristic of switching between different resistance states according to an applied voltage or current, for example, RRAM (Resistive Random Access Memory), PRAM (Phase-change Random Access Memory) , Ferroelectric Random Access Memory (FRAM), Magnetic Random Access Memory (MRAM), E-fuse, and the like.

본 발명의 실시예가 해결하려는 과제는 신뢰성이 향상된 반도체 메모리를 포함하는 전자 장치를 제공하기 위한 것이다. SUMMARY An object of the present invention is to provide an electronic device including a semiconductor memory having improved reliability.

본 발명의 실시예에 따른 전자 장치는 제1도전라인; 상기 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인; 및 상기 제1도전라인과 상기 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 상기 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 상기 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 상기 제2문턱전압에서 상기 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. An electronic device according to an embodiment of the present invention includes a first conductive line; a second conductive line crossing the first conductive line; and a memory cell positioned between the first conductive line and the second conductive line, in which a chalcogenide layer and at least one threshold voltage control layer are stacked, wherein the chalcogenide layer controls a first threshold voltage in a thermal equilibrium state. is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a program voltage of a second polarity, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage at the second threshold voltage in response to a program voltage having a first polarity different from the second polarity It can be programmed to have a threshold voltage of 1.

상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 상기 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 상기 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제2개수에서 상기 제1개수로 증가할 수 있다. The chalcogenide layer includes a first number of electron traps in the youngest in a thermal equilibrium state, and the number of the electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to a program voltage of the second polarity; The number of the electron traps in the youngest member may increase from the second number to the first number in response to the first polarity program voltage.

상기 칼코게나이드막은 오보닉 임계 스위칭이 가능한 물질을 포함할 수 있다. 상기 칼코게나이드막은 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)을 포함하고, 상기 문턱전압 조절막은 전이금속들 중 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)과 반응성이 큰 금속을 포함할 수 있다. 상기 문턱전압 조절막은 상기 제1극성의 프로그램 전압 및 상기 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 이동가능한 다수의 양성자를 포함하고, 상기 양성자는 수소를 포함할 수 있다. 상기 문턱전압 조절막은 상온에서 스퍼터링법을 이용하여 상기 칼코게나이드막과 동일 챔버에서 인시튜로 형성된 것을 포함할 수 있다. 상기 제1극성의 프로그램 전압은 네거티브 전압이고, 상기 제2극성의 프로그램 전압은 포지티브 전압일 수 있다. The chalcogenide layer may include a material capable of ovonic threshold switching. The chalcogenide layer may include tellurium (Te) or selenium (Se), and the threshold voltage control layer may include a metal highly reactive with tellurium (Te) or selenium (Se) among transition metals. The threshold voltage control layer may include a plurality of protons movable in response to the program voltage of the first polarity and the program voltage of the second polarity, and the protons may include hydrogen. The threshold voltage control layer may include one formed in situ in the same chamber as the chalcogenide layer using a sputtering method at room temperature. The program voltage of the first polarity may be a negative voltage, and the program voltage of the second polarity may be a positive voltage.

상기 제1극성의 프로그램 전압 및 상기 제2극성의 프로그램 전압이 상기 제1도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제1도전라인 사이에 삽입되고, 상기 제1극성의 프로그램 전압 및 상기 제2극성의 프로그램 전압이 상기 제2도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제2도전라인 사이에 삽입될 수 있다. 상기 문턱전압 조절막은 상기 제1도전라인과 상기 칼코게나이드막 사이 및 상기 제2도전라인과 상기 칼코게나이드막 사이에 각각 삽입될 수 있다. When the program voltage of the first polarity and the program voltage of the second polarity are applied to the first conductive line, the threshold voltage adjusting layer is inserted between the chalcogenide layer and the first conductive line, and the first When the polarity program voltage and the second polarity program voltage are applied to the second conductive line, the threshold voltage control layer may be inserted between the chalcogenide layer and the second conductive line. The threshold voltage control layer may be respectively inserted between the first conductive line and the chalcogenide layer and between the second conductive line and the chalcogenide layer.

본 발명의 실시예에 따른 전자 장치는 제1도전라인; 상기 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인; 및 상기 제1도전라인과 상기 제2도전라인 사이에 위치하고, 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 상기 메모리셀에 인가되는 프로그램 전압에 응답하여 상기 칼코게나이드막과 상기 문턱전압 조절막 사이에 반응막이 생성 또는 소멸될 수 있다. An electronic device according to an embodiment of the present invention includes a first conductive line; a second conductive line crossing the first conductive line; and a memory cell positioned between the first conductive line and the second conductive line, in which a chalcogenide layer including tellurium (Te) or selenium (Se) and at least one threshold voltage control layer are stacked, the A reaction layer may be formed or destroyed between the chalcogenide layer and the threshold voltage control layer in response to a program voltage applied to the memory cell.

상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 갖고, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 생성되어 상기 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 소멸되어 상기 제2문턱전압에서 상기 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. The chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, the reaction layer is generated in response to a positive program voltage applied to the memory cell, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage; In response to a negative program voltage applied to the memory cell, the reactive layer may be dissipated to be programmed to have the first threshold voltage at the second threshold voltage.

상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 생성되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 소멸되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제2개수에서 상기 제1개수로 증가할 수 있다. The chalcogenide layer includes a first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member is smaller than the first number while the reaction layer is generated in response to a positive program voltage applied to the memory cell. The number of electron traps decreases from the second number, and as the reaction layer disappears in response to the negative program voltage applied to the memory cell, the number of the electron traps in the youngest member may increase from the second number to the first number.

상기 반응막은 상기 칼코게나이드막의 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)과 상기 문턱전압 조절막이 반응하여 생성되는 텔루르화물(telluride) 또는 셀렌화물(selenide)을 포함할 수 있다. 상기 문턱전압 조절막은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. The reaction layer may include telluride or selenide generated by a reaction between tellurium (Te) or selenium (Se) of the chalcogenide layer and the threshold voltage control layer. The threshold voltage control layer may include any one selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).

상기 프로그램 전압이 상기 제1도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제1도전라인 사이에 삽입되고, 상기 프로그램 전압이 상기 제2도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제2도전라인 사이에 삽입될 수 있다. When the program voltage is applied to the first conductive line, the threshold voltage control layer is inserted between the chalcogenide layer and the first conductive line, and when the program voltage is applied to the second conductive line, the A threshold voltage control layer may be inserted between the chalcogenide layer and the second conductive line.

본 발명의 실시예에 따른 전자 장치는 제1도전라인; 상기 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인; 및 상기 제1도전라인과 상기 제2도전라인 사이에 위치하고, 막내 다수의 전자트랩들을 포함하는 칼코게나이드막과 막내 양성자를 포함하는 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하며, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 문턱전압 조절막의 양성자가 상기 칼코게나이드막으로 주입되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 칼코게나이드막에 주입된 상기 양성자가 상기 문턱전압 조절막으로 주입되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제2개수에서 상기 제1개수로 증가할 수 있다. An electronic device according to an embodiment of the present invention includes a first conductive line; a second conductive line crossing the first conductive line; and a memory cell in which a chalcogenide layer including a plurality of electron traps in a youngest member and at least one threshold voltage control layer including protons in the youngest layer are stacked between the first conductive line and the second conductive line, the memory cell comprising: The chalcogenide layer includes a first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the electron traps in the youngest member as protons of the threshold voltage control layer are injected into the chalcogenide layer in response to a positive program voltage applied to the memory cell. The number of the electrons decreases to a second number smaller than the first number, and the protons injected into the chalcogenide layer in response to a negative program voltage applied to the memory cell are injected into the threshold voltage control layer, and the electrons in the youngest The number of traps may increase from the second number to the first number.

상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 갖고, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 양성자 저장막의 모바일 양성자들이 상기 칼코게나이드막으로 주입되면서 상기 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 칼코게나이드막에 주입된 모바일 양성자들이 상기 양성자 저장막으로 주입되면서 제2문턱전압에서 상기 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. The chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and the mobile protons of the proton storage layer are injected into the chalcogenide layer in response to a positive program voltage applied to the memory cell, which is greater than the first threshold voltage. The mobile protons programmed to have a second threshold voltage and injected into the chalcogenide layer in response to a negative program voltage applied to the memory cell are injected into the proton storage layer to increase the first threshold voltage from the second threshold voltage. can be programmed to have

상기 칼코게나이드막은 오보닉 임계 스위칭이 가능한 물질을 포함할 수 있다. 상기 양성자는 수소를 포함하고, 상기 문턱전압 조절막은 수소가 함유된 실리콘산화막을 포함할 수 있다. The chalcogenide layer may include a material capable of ovonic threshold switching. The proton may include hydrogen, and the threshold voltage control layer may include a silicon oxide layer containing hydrogen.

상기 포지티브 프로그램 전압 및 상기 네거티브 프로그램 전압이 상기 제1도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제1도전라인 사이에 삽입되고, 상기 포지티브 프로그램 전압 및 상기 네거티브 프로그램 전압이 상기 제2도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제2도전라인 사이에 삽입될 수 있다. When the positive program voltage and the negative program voltage are applied to the first conductive line, the threshold voltage adjusting layer is inserted between the chalcogenide layer and the first conductive line, and the positive program voltage and the negative program voltage are applied to the first conductive line. When applied to the second conductive line, the threshold voltage control layer may be inserted between the chalcogenide layer and the second conductive line.

상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 메모리셀이 칼코게나이드막과 문턱전압 조절막이 적층된 단순한 구조를 갖고, 메모리셀에 인가되는 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압과 제2문턱전압 사이를 가역적으로 천이함에 따라 반도체 메모리의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.This technology, based on the means for solving the above problems, has a memory cell having a simple structure in which a chalcogenide layer and a threshold voltage control layer are stacked, and a first threshold voltage and a second threshold voltage in response to a program voltage applied to the memory cell. Reversible transition between voltages has an effect of improving the reliability of the semiconductor memory.

또한, 메모리셀은 칼코게나이드막이 선택 소자 및 메모리 소자로 동작하기 때문에 고집적화 및 저전력 동작이 가능하다는 효과가 있다. In addition, since the chalcogenide layer operates as a selection device and a memory device, the memory cell has the effect of enabling high integration and low power operation.

또한, 메모리셀은 상온에서의 스퍼터링 공정을 통해 구현이 가능한 2단자 소자이기 때문에 공정 난이도가 매우 낮고, 수율을 향상시킬 수 있으며, 생산 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다. In addition, since the memory cell is a two-terminal device that can be implemented through a sputtering process at room temperature, the process difficulty is very low, the yield can be improved, and the production cost can be lowered.

또한, 메모리셀은 2단자 소자이기 때문에 확장성이 우수하고, 프로그램 전압의 크기에 따라 제1문턱전압과 제2문턱전압 사이의 차이를 용이하게 증가시킬 수 있기 때문에 멀티 레벨 셀 구현이 용이하다는 효과가 있다. 이를 통해, 확장성을 더욱더 향상시킬 수 있다. In addition, since the memory cell is a two-terminal device, it has excellent scalability, and the difference between the first threshold voltage and the second threshold voltage can be easily increased according to the size of the program voltage, so that it is easy to implement a multi-level cell. there is Through this, scalability can be further improved.

또한, 메모리셀은 칼코게나이드막이 오보닉 임계 스위칭이 가능한 물질로 구성되어 수 ns의 동작 속도를 구현할 수 있기 때문에 고속 동작이 가능하다는 효과가 있다. In addition, since the chalcogenide layer of the memory cell is made of a material capable of ovonic threshold switching, an operation speed of several ns can be realized, thereby enabling high-speed operation.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리의 메모리셀을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리에서 프로그램 전압에 따른 메모리셀의 문턱전압 변화를 나타낸 전류-전압 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 마이크로프로세서의 구성도의 일 예이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 프로세서의 구성도의 일 예이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 시스템의 구성도의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 데이터 저장 시스템의 구성도의 일 예이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 메모리 시스템의 구성도의 일 예이다.
1 is a perspective view illustrating a semiconductor memory according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a memory cell of a semiconductor memory according to an embodiment of the present invention.
3 is a current-voltage graph illustrating a change in threshold voltage of a memory cell according to a program voltage in a semiconductor memory according to an embodiment of the present invention.
4 is an example of a configuration diagram of a microprocessor implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.
5 is an example of a configuration diagram of a processor implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.
6 is an example of a configuration diagram of a system for implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.
7 is an example of a configuration diagram of a data storage system implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.
8 is an example of a configuration diagram of a memory system implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of description. Like reference numerals refer to like elements throughout.

후술하는 본 발명의 실시예는 신뢰성이 향상된 반도체 메모리를 포함하는 전자 장치를 제공하기 위한 것이다. 여기서, 신뢰성이 향상된 반도체 메모리는 단순한 구조로 고집적화가 용이하고, 고속 및 저전력 동작이 가능하며, 안정성(stability) 및 확장성(scalability)이 로버스트(robust)한 이상적인 반도체 메모리를 지칭할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치는 오보닉 임계 스위칭(Ovonic Threshold Switching, OTS)이 가능한 물질을 이용한 2단자 반도체 메모리를 포함할 수 있다. An embodiment of the present invention, which will be described later, is to provide an electronic device including a semiconductor memory having improved reliability. Here, the semiconductor memory with improved reliability may refer to an ideal semiconductor memory having a simple structure, easy integration, high-speed and low-power operation, and robust stability and scalability. To this end, the electronic device according to an embodiment of the present invention may include a two-terminal semiconductor memory using a material capable of ovonic threshold switching (OTS).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리의 메모리셀을 도시한 단면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리에서 프로그램 전압에 따른 메모리셀의 문턱전압 변화를 나타낸 전류-전압 그래프이다. 1 is a perspective view illustrating a semiconductor memory according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view illustrating a memory cell of a semiconductor memory according to an embodiment of the present invention. 3 is a current-voltage graph illustrating a change in threshold voltage of a memory cell according to a program voltage in a semiconductor memory according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 반도체 메모리는 기판(미도시) 상에 형성된 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 여기서, 메모리 셀 어레이는 제1방향(D1)으로 연장된 복수의 제1도전라인들(110), 복수의 제1도전라인들(110) 상부에 형성되고 제1방향(D1)과 교차하는 제2방향(D2)으로 연장된 복수의 제2도전라인들(120) 및 복수의 제1도전라인들(110)과 복수의 제2도전라인들(120) 사이에 각각 위치하는 복수의 메모리셀들(MC)을 포함할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 반도체 메모리의 메모리 셀 어레이는 크로스 포인트 어레이 구조(Cross point array architecture)를 가질 수 있다. 1 to 3 , the semiconductor memory according to the embodiment may include a memory cell array formed on a substrate (not shown). Here, the memory cell array includes a plurality of first conductive lines 110 extending in the first direction D1 , a first conductive line formed on the plurality of first conductive lines 110 , and intersecting the first direction D1 . A plurality of second conductive lines 120 extending in the two directions D2 and a plurality of memory cells respectively positioned between the plurality of first conductive lines 110 and the plurality of second conductive lines 120 (MC) may be included. That is, the memory cell array of the semiconductor memory according to the embodiment may have a cross point array architecture.

참고로, 도 1에서는 제2방향(D2)으로 평행하게 배치된 3개의 제1도전라인들(110), 제1방향(D1)으로 평행하게 배치된 3개의 제2도전라인들(120) 및 이들 사이에 배치된 9개의 메모리셀들(MC)을 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것을 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 도 1에서는 메모리 셀 어레이가 단일-데크 구조를 갖는 경우를 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 메모리셀들(MC)이 수직방향으로 적층되는 것도 가능하다. 예를 들어, 메모리 셀 어레이는 제1도전라인들(110) 및 제2도전라인들(120)이 수직방향으로 교번 적층된 멀티-데크 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 교번 적층된 제1도전라인들(110)과 제2도전라인들(120) 사이에 메모리셀들(MC)이 위치할 수 있다. 실시예에 따른 메모리 셀 어레이는 크로스 포인트 어레이 구조로 메모리셀들(MC)을 배열함으로써, 반도체 메모리의 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 멀티-데크 구조로 메모리셀들(MC)을 적층함으로써, 반도체 메모리의 집적도를 더욱더 향상시킬 수 있다. For reference, in FIG. 1 , three first conductive lines 110 arranged in parallel in the second direction D2, three second conductive lines 120 arranged in parallel in the first direction D1, and Although the nine memory cells MC disposed therebetween are illustrated, this is only for convenience of description, and the present invention is not limited thereto. Also, although FIG. 1 illustrates a case in which the memory cell array has a single-deck structure, the present invention is not limited thereto, and the memory cells MC may be vertically stacked. For example, the memory cell array may have a multi-deck structure in which first conductive lines 110 and second conductive lines 120 are alternately stacked in a vertical direction. In this case, the memory cells MC may be positioned between the alternately stacked first conductive lines 110 and second conductive lines 120 . In the memory cell array according to the embodiment, the degree of integration of the semiconductor memory may be improved by arranging the memory cells MC in a cross-point array structure. In addition, by stacking the memory cells MC in a multi-deck structure, the degree of integration of the semiconductor memory may be further improved.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 메모리 셀 어레이 하부에 위치하는 기판은 메모리 셀 어레이를 동작하기 위한 주변회로를 포함할 수 있다. 주변회로는 메모리 셀 어레이와 전기적으로 연결되는 NMOS 트랜지스터들, PMOS 트랜지스터들, 레지스터들(resistor) 및 캐패시터들(capacitor)을 포함할 수 있다. NMOS 및 PMOS 트랜지스터들, 레지스터들 및 캐패시터들은 로우 디코더, 컬럼 디코더, 페이지 버퍼 및 제어 회로를 구성하는 소자들로 이용될 수 있다. 이처럼, 주변회로를 포함하는 기판 상에 메모리 셀 어레이가 배치됨에 따라 메모리셀(MC) 어레이와 주변회로가 차지하는 기판의 면적을 감소시킬 수 있다. Meanwhile, although not shown in the drawings, the substrate positioned under the memory cell array may include peripheral circuits for operating the memory cell array. The peripheral circuit may include NMOS transistors, PMOS transistors, resistors, and capacitors electrically connected to the memory cell array. NMOS and PMOS transistors, registers, and capacitors may be used as elements constituting a row decoder, a column decoder, a page buffer, and a control circuit. As such, as the memory cell array is disposed on the substrate including the peripheral circuit, the area of the substrate occupied by the memory cell MC array and the peripheral circuit may be reduced.

복수의 제1도전라인들(110) 각각은 워드라인 또는 로우라인일 수 있고, 복수의 제2도전라인들(120) 각각은 비트라인 또는 컬럼라인일 수 있다. 여기서, 워드라인과 비트라인은 상태적인 개념이며, 제1도전라인(110)이 비트라인이고 제2도전라인(120)이 워드라인일 수도 있다. 복수의 제1도전라인들(110)은 제2방향(D2)으로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있고, 복수의 제2도전라인들(120) 각각은 제1방향(D1)으로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 이때, 복수의 제1도전라인들(110) 사이의 간격과 복수의 제2도전라인들(120) 사이의 간격은 서로 동일할 수 있다. 복수의 제1도전라인들(110) 및 복수의 제2도전라인들(120) 각각은 폴리실리콘, 금속 등의 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1도전라인들(110) 및 복수의 제2도전라인들(120) 각각은 텅스텐(W), 텅스텐질화물(WN), 텅스텐실리사이드(WSi), 티타늄(Ti), 티타늄질화물(WNx), 티타늄실리콘질화물(TiSiN), 티타늄알루미늄질화물(TiAlN), 탄탈륨(Ta), 탄탈륨질화물(TaN), 탄탈륨실리콘질화물(TaSiN), 탄탈륨알루미늄질화물(TaAlN), 탄소(C), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pd), 백금(Pt) 등을 포함할 수 있고, 이들의 조합을 포함할 수도 있다. Each of the plurality of first conductive lines 110 may be a word line or a row line, and each of the plurality of second conductive lines 120 may be a bit line or a column line. Here, the word line and the bit line are stateful concepts, and the first conductive line 110 may be a bit line and the second conductive line 120 may be a word line. The plurality of first conductive lines 110 may be disposed in parallel with a predetermined interval in the second direction D2, and each of the plurality of second conductive lines 120 may be disposed at a predetermined interval in the first direction D1. It may be spaced apart and arranged in parallel. In this case, the spacing between the plurality of first conductive lines 110 and the spacing between the plurality of second conductive lines 120 may be the same. Each of the plurality of first conductive lines 110 and the plurality of second conductive lines 120 may include a conductive material such as polysilicon or metal. For example, each of the plurality of first conductive lines 110 and the plurality of second conductive lines 120 may be tungsten (W), tungsten nitride (WN), tungsten silicide (WSi), titanium (Ti), or titanium. nitride (WN x ), titanium silicon nitride (TiSiN), titanium aluminum nitride (TiAlN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tantalum silicon nitride (TaSiN), tantalum aluminum nitride (TaAlN), carbon (C), silicon carbide (SiC), silicon carbon nitride (SiCN), copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), cobalt (Co), lead (Pd), platinum (Pt), etc. It may include a combination of

복수의 메모리셀들(MC) 각각은 제1도전라인들(110)과 제2도전라인들(120)이 교차하는 지점에 배치될 수 있고, 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 복수의 메모리셀들(MC) 각각은 하부전극(130), 칼코게나이드막(140), 문턱전압 조절막(150) 및 상부전극(160)이 순차적으로 적층된 메모리 스택일 수 있다. 여기서, 복수의 메모리셀(MC) 각각은 제1극성의 프로그램 전압(-Vprogram)에 응답하여 제1문턱전압(Vth1)을 갖도록 프로그램되고, 제1극성과 상이한 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram)에 응답하여 제1문턱전압(Vth1)보다 큰 제2문턱전압(Vth2)을 갖도록 프로그램될 수 있다. 이때, 제1극성의 프로그램 전압(-Vprogram)은 네거티브 전압일 수 있고, 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram)은 포지티브 전압일 수 있다. 그리고, 복수의 메모리셀들(MC) 각각에서 제1문턱전압(Vth1)은 초기 문턱전압 또는 열평형 상태에서의 문턱전압일 수 있다. Each of the plurality of memory cells MC may be disposed at a point where the first conductive lines 110 and the second conductive lines 120 intersect, and may be arranged in a matrix form. Each of the plurality of memory cells MC may be a memory stack in which a lower electrode 130 , a chalcogenide layer 140 , a threshold voltage control layer 150 , and an upper electrode 160 are sequentially stacked. Here, each of the plurality of memory cells MC is programmed to have a first threshold voltage V th 1 in response to a program voltage -V program having a first polarity, and a program voltage having a second polarity different from the first polarity. In response to (+V program ), it may be programmed to have a second threshold voltage V th 2 greater than the first threshold voltage V th 1 . In this case, the first polarity program voltage (-V program ) may be a negative voltage, and the second polarity program voltage (+V program ) may be a positive voltage. In addition, the first threshold voltage V th 1 in each of the plurality of memory cells MC may be an initial threshold voltage or a threshold voltage in a thermal equilibrium state.

복수의 메모리셀들(MC) 각각에서 하부전극(130) 및 상부전극(160)은 각각 폴리실리콘, 금속 등의 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부전극(130) 및 상부전극(160)은 각각 텅스텐(W), 텅스텐질화물(WN), 텅스텐실리사이드(WSi), 티타늄(Ti), 티타늄질화물(WNx), 티타늄실리콘질화물(TiSiN), 티타늄알루미늄질화물(TiAlN), 탄탈륨(Ta), 탄탈륨질화물(TaN), 탄탈륨실리콘질화물(TaSiN), 탄탈륨알루미늄질화물(TaAlN), 탄소(C), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘카본질화물(SiCN), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pd), 백금(Pt) 등을 포함할 수 있고, 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 한편, 하부전극(130) 및 상부전극(160)은 각각 제1도전라인(110) 및 제2도전라인(120)으로 대체될 수도 있다.In each of the plurality of memory cells MC, the lower electrode 130 and the upper electrode 160 may each include a conductive material such as polysilicon or metal. For example, the lower electrode 130 and the upper electrode 160 are tungsten (W), tungsten nitride (WN), tungsten silicide (WSi), titanium (Ti), titanium nitride (WN x ), titanium silicon nitride ( TiSiN), titanium aluminum nitride (TiAlN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tantalum silicon nitride (TaSiN), tantalum aluminum nitride (TaAlN), carbon (C), silicon carbide (SiC), silicon carbon nitride ( SiCN), copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), cobalt (Co), lead (Pd), platinum (Pt), etc. may be included, and a combination thereof may be included. Meanwhile, the lower electrode 130 and the upper electrode 160 may be replaced with the first conductive line 110 and the second conductive line 120 , respectively.

칼코게나이드막(140)은 선택 소자 및 메모리 소자로 작용할 수 있다. 구체적으로, 칼코게나이드막(140)은 기본적으로 낮은 전류 상태인 오프상태를 유지하다가 턴온전압인 문턱전압 이상의 프로그램 전압을 인가하면 상태를 급격히 온상태로 전환할 수 있는 물질막을 지칭할 수 있다. 다시 말해, 칼코게나이드막(140)은 제1극성의 프로그램 전압(-Vprogram)에 응답하여 제1문턱전압(Vth1)을 갖도록 프로그램될 수 있고, 제1극성과 상이한 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram)에 응답하여 제1문턱전압(Vth1)보다 큰 제2문턱전압(Vth2)을 갖도록 프로그램될 수 있다. 이를 위해, 칼코게나이드막(140)은 오보닉 임계 스위칭(ovonic threshold switching, OTS)이 가능한 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 오보닉 임계 스위칭이 가능한 물질은 적어도 하나 이상의 칼코겐 원소를 포함하는 이원계 이상의 다성분계 화합물을 지칭할 수 있다. The chalcogenide layer 140 may act as a selection device and a memory device. Specifically, the chalcogenide layer 140 may refer to a material layer capable of rapidly switching the state to the on state when a program voltage equal to or greater than a threshold voltage, which is a turn-on voltage, is applied while maintaining an off state, which is a basic low current state. In other words, the chalcogenide layer 140 may be programmed to have a first threshold voltage V th 1 in response to a first polarity program voltage -V program , and may have a second polarity different from the first polarity. It may be programmed to have a second threshold voltage V th 2 greater than the first threshold voltage V th 1 in response to the program voltage +V program . To this end, the chalcogenide layer 140 may include a material capable of ovonic threshold switching (OTS). Here, the material capable of ovonic threshold switching may refer to a binary or more multi-component compound including at least one chalcogen element.

구체적으로, 칼코게나이드막(140)은 오보닉 임계 스위칭이 가능하고, 적어도 하나 이상의 칼코겐 원소(즉, 16족 원소)와 하나 이상의 양전성 원소(electropositive element)를 포함하는 화합물일 수 있다. 여기서, 칼코게나이드막(140)은 막내 다수의 전자트랩들(electronic traps)을 포함할 수 있으며, 막내 전자트랩들의 개수 변화에 대응하여 제1문턱전압(Vth1)과 제2문턱전압(Vth2) 사이를 가역적으로 천이할 수 있다. 이를 위해, 칼코게나이드막(140)은 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)을 포함할 수 있다. 참고로, 칼코게나이드막(140)에서 텔루륨 및 셀레늄은 문턱전압의 산포 및 전자트랩들이 개수를 결정짓는 주요한 요인으로 작용할 수 있다. Specifically, the chalcogenide layer 140 may be a compound capable of ovonic threshold switching and including at least one chalcogen element (ie, a group 16 element) and one or more electropositive elements. Here, the chalcogenide layer 140 may include a plurality of electronic traps in the youngest member, and a first threshold voltage (V th 1 ) and a second threshold voltage ( V th 1 ) and a second threshold voltage ( V th 2) can be reversibly transitioned. To this end, the chalcogenide layer 140 may include tellurium (Te) or selenium (Se). For reference, tellurium and selenium in the chalcogenide layer 140 may act as a major factor in determining the threshold voltage distribution and the number of electron traps.

문턱전압 조절막(150)은 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들의 개수를 제어하여 칼코게나이드막(140)이 제1문턱전압(Vth1)과 제2문턱전압(Vth2) 사이를 가역적으로 천이할 수 있도록 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 문턱전압 조절막(150)은 프로그램 전압(±Vprogram)에 응답하여 칼코게나이드막(140) 내 텔루륨 또는 셀레늄과 반응하여 칼코게나이드와 문턱전압 조절막(150)이 접하는 계면에 반응막을 생성 또는 소멸시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 반응막은 문턱전압 조절막(150)과 칼코게나이드막(140)의 텔루륨 또는 셀레늄과 반응하여 생성되는 텔루르화물(telluride) 또는 셀렌화물(selenide)을 포함할 수 있다. The threshold voltage control layer 150 controls the number of electron traps in the chalcogenide layer 140 so that the chalcogenide layer 140 reversibly moves between the first threshold voltage Vth1 and the second threshold voltage Vth2. It can play a role in controlling the transition. To this end, the threshold voltage control layer 150 reacts with tellurium or selenium in the chalcogenide layer 140 in response to a program voltage (±V program ), so that the interface between the chalcogenide and the threshold voltage control layer 150 is in contact. It may contain a material capable of generating or destroying the reaction film. Here, the reaction layer may include telluride or selenide generated by reacting with tellurium or selenium of the threshold voltage control layer 150 and the chalcogenide layer 140 .

구체적으로, 문턱전압 조절막(150)은 전이금속들을 포함할 수 있고, 전이금속들 중 텔루륨 또는 셀레늄과 반응성이 큰 금속을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 문턱전압 조절막(150)은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 금속막을 포함할 수 있다. 참고로, 전이금속을 포함하는 문턱전압 조절막(150)은 상온에서 스퍼터링법을 이용하여 칼코게나이드막(140)과 동일한 챔버에서 인시튜로 형성된 것일 수 있다. 이는, 전이금속을 포함하는 문턱전압 조절막(150)을 형성하는 과정에서 칼코게나이드막(140)과 문턱전압 조절막(150) 사이에 소정의 반응물질 예컨대, 텔루르화물 또는 셀렌화물이 형성되는 것을 방지하기 위함이다. Specifically, the threshold voltage control layer 150 may include transition metals, and among transition metals, a metal highly reactive with tellurium or selenium. More specifically, the threshold voltage control layer 150 may include any one metal layer selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf). For reference, the threshold voltage control layer 150 including the transition metal may be formed in situ in the same chamber as the chalcogenide layer 140 using sputtering at room temperature. This is a process in which a predetermined reactant, for example, telluride or selenide, is formed between the chalcogenide layer 140 and the threshold voltage control layer 150 in the process of forming the threshold voltage control layer 150 including the transition metal. in order to prevent

예를 들어, 칼코게나이드막(140)이 텔루륨을 포함하고, 문턱전압 조절막(150)이 티타늄막이며, 열평형 상태에서 칼코게나이드막(140)은 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제1문턱전압(Vth1)을 갖는다고 가정한다. 여기서, 상부전극(160)에 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram) 즉, 포지티브 전압을 인가하면, 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram)에 의해 칼코게나이드막(140) 내 텔루륨이 티타늄과 반응하여 칼코게나이드막(140)과 문턱전압 조절막(150)이 접하는 계면에 텔루르화물(TiTe2)을 포함하는 반응막이 형성될 수 있다. 칼코게나이드막(140)과 문턱전압 조절막(150)이 접하는 계면에 반응막이 형성되면 칼코게나이드막(140)은 열평형 상태 대비 텔루륨이 부족한(deficient) 상태가 되어 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하게 된다. 이처럼, 칼코게나이드막(140) 내 텔루륨 함량이 감소하여 열평형 상태 대비 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들의 개수가 감소하면, 칼코게나이드막(140)은 열평형 상태에서의 문턱전압인 제1문턱전압(Vth1)보다 더 큰 제2문턱전압(Vth2)을 갖도록 프로그램될 수 있다.For example, the chalcogenide layer 140 includes tellurium, the threshold voltage control layer 150 is a titanium layer, and in a thermal equilibrium state, the chalcogenide layer 140 traps the first number of electron traps in the youngest member. and has a first threshold voltage Vth1. Here, when a program voltage (+V program ) of the second polarity, that is, a positive voltage, is applied to the upper electrode 160, the tellurium in the chalcogenide layer 140 is caused by the program voltage (+V program) of the second polarity. A reaction layer including telluride (TiTe 2 ) may be formed at an interface between the chalcogenide layer 140 and the threshold voltage control layer 150 by reacting with the titanium. When a reaction film is formed at the interface between the chalcogenide film 140 and the threshold voltage control film 150 , the chalcogenide film 140 becomes deficient in tellurium compared to the thermal equilibrium state, so the number of electron traps in the youngest. is reduced to a second number smaller than the first number. As such, when the tellurium content in the chalcogenide film 140 decreases and the number of electron traps in the chalcogenide film 140 decreases compared to the thermal equilibrium state, the chalcogenide film 140 is the threshold in the thermal equilibrium state. The voltage may be programmed to have a second threshold voltage V th 2 that is greater than the first threshold voltage V th 1 .

반면, 칼코게나이드막(140)이 제2문턱전압(Vth2)을 갖도록 프로그램된 상태에서 상부전극(160)에 제1극성의 프로그램 전압(-Vprogram) 즉, 네거티브 전압을 인가하면, 칼코게나이드막(140)과 문턱전압 조절막(150)이 접하는 계면에 생성된 반응막이 소멸되고, 소멸된 반응막의 텔루륨이 칼코게나이드 막 내부로 주입되어 칼코게나이드막(140) 내 텔루륨의 함량이 열평형 상태에서의 텔루륨 함량과 동일하도록 회복될 수 있다. 따라서, 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들의 개수 또한 열평형 상태에 상응하는 수준 즉, 제2개수에서 제1개수로 증가하기 때문에 칼코게나이드막(140)은 제2문턱전압(Vth2)보다 낮은 제1문턱전압(Vth1) 즉, 열평형 상태의 문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. On the other hand, when the first polarity program voltage (-V program ), that is, a negative voltage is applied to the upper electrode 160 in a state in which the chalcogenide layer 140 is programmed to have the second threshold voltage V th 2 , The reaction film created at the interface between the chalcogenide film 140 and the threshold voltage control film 150 is annihilated, and the tellurium of the annihilated reaction film is injected into the chalcogenide film to tell the chalcogenide film 140 . The content of rurium may be restored to be the same as the content of tellurium in the thermal equilibrium state. Accordingly, since the number of electron traps in the chalcogenide layer 140 also increases from the second number to the first number at a level corresponding to the thermal equilibrium state, the chalcogenide layer 140 has a second threshold voltage (V th ) 2) It may be programmed to have a lower first threshold voltage (V th 1 ), that is, a threshold voltage of a thermal equilibrium state.

여기서, 리드전압(Vread)을 제1문턱전압(Vth1)과 제2문턱전압(Vth2) 사이의 전압으로 설정하면, 전류 레벨로 프로그램 여부를 구분할 수 있다. 이때, 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram)의 크기를 증가시킬수록 제2문턱전압(Vth2)의 크기도 점차 증가하기 때문에 제1문턱전압(Vth1)과 제2문턱전압(Vth2) 사이에서 리드전압(Vread)을 세분화하면, 하나의 메모리셀(MC)에 다수의 정보를 저장할 수도 있다. 즉, 멀티 레벨 셀을 구현할 수 있다.Here, when the read voltage V read is set to a voltage between the first threshold voltage V th 1 and the second threshold voltage V th 2 , it is possible to distinguish whether to program by the current level. At this time, since the magnitude of the second threshold voltage V th 2 also gradually increases as the magnitude of the second polarity program voltage (+V program ) increases, the first threshold voltage V th 1 and the second threshold voltage (V th 1 ) If the read voltage V read is subdivided between V th 2 ), a plurality of pieces of information may be stored in one memory cell MC. That is, it is possible to implement a multi-level cell.

한편, 문턱전압 조절막(150)은 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들의 개수를 제어하여 칼코게나이드막(140)이 제1문턱전압(Vth1)과 제2문턱전압(Vth2) 사이를 가역적으로 천이할 수 있도록 제어하기 위해 양성자(proton)를 사용할 수도 있다. 이를 위해, 문턱전압 조절막(150)은 프로그램 전압(±Vprogram)에 응답하여 이동이 가능한 다수의 양성자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 문턱전압 조절막(150)은 프로그램 전압(±Vprogram)에 응답하여 이동이 가능한 다수의 수소(hydrogen)를 포함할 수 있다. 일례로, 문턱전압 조절막(150)은 수소가 함유된 실리콘산화막을 포함할 수 있다. 참고로, 수소가 함유된 실리콘산화막은 실리콘산화물을 타겟으로 아르곤 가스 및 수소 가스를 이용하여 상온에서 스퍼터링법을 이용하여 칼코게나이드막(140)과 동일 챔버에서 인시튜로 형성된 것일 수 있다. 이 경우, 막내 결함이 많고 두께가 얇은 즉, 수 내지 수십 nm 범위의 두께를 갖는 수소가 함유된 비정질의 실리콘산화막을 형성할 수 있다. 실리콘산화막은 절연물질이나, 막내 결함이 많고 수십 nm 이하의 두께를 갖도록 얇게 형성하면 도전막과 같은 전도성을 부여할 수 있다.Meanwhile, the threshold voltage control layer 150 controls the number of electron traps in the chalcogenide layer 140 so that the chalcogenide layer 140 has a first threshold voltage (V th 1 ) and a second threshold voltage (V th ). 2) It is also possible to use protons to control the reversible transition between them. To this end, the threshold voltage control layer 150 may include a plurality of protons that are movable in response to a program voltage (±V program). Specifically, the threshold voltage control layer 150 may include a plurality of hydrogens that are movable in response to a program voltage ±V program. For example, the threshold voltage control layer 150 may include a silicon oxide layer containing hydrogen. For reference, the silicon oxide film containing hydrogen may be formed in situ in the same chamber as the chalcogenide film 140 by sputtering at room temperature using argon gas and hydrogen gas with silicon oxide as a target. In this case, an amorphous silicon oxide film containing hydrogen having many defects in the film and a thin thickness, that is, having a thickness ranging from several to several tens of nm, may be formed. Although the silicon oxide film is an insulating material, it has many defects in the film and if it is formed thinly to have a thickness of several tens of nm or less, conductivity like a conductive film can be imparted.

구체적으로, 칼코게나이드막(140)은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 문턱전압 조절막(150)이 수소가 함유된 실리콘산화막일 경우에 상부전극(160)에 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram)을 인가하면, 제2극성의 프로그램 전압(+Vprogram)에 의해 문턱전압 조절막(150)의 양성자 즉, 수소가 칼코게나이드막(140) 내부로 주입된다. 칼코게나이드막(140) 내부로 주입된 수소는 막내 전자트랩들에 결합되어 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들의 개수가 제1개수에서 제2개수로 감소하게 된다. 이때, 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들의 개수가 제2개수로 감소함에 따라 칼코게나이드막(140)은 열평형 상태에서의 문턱전압인 제1문턱전압(Vth1)보다 더 큰 제2문턱전압(Vth2)을 갖도록 프로그램될 수 있다.Specifically, the chalcogenide layer 140 includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and when the threshold voltage control layer 150 is a silicon oxide layer containing hydrogen, it is first applied to the upper electrode 160 . When a bipolar program voltage (+V program ) is applied, protons, ie, hydrogen, of the threshold voltage control film 150 are injected into the chalcogenide film 140 by the program voltage (+V program) of the second polarity. do. Hydrogen injected into the chalcogenide layer 140 is coupled to the electron traps in the youngest member, so that the number of electron traps in the chalcogenide layer 140 is reduced from the first number to the second number. At this time, as the number of electron traps in the chalcogenide layer 140 decreases to the second number, the chalcogenide layer 140 becomes larger than the first threshold voltage V th 1 , which is the threshold voltage in the thermal equilibrium state. It may be programmed to have the second threshold voltage V th 2 .

반면, 칼코게나이드막(140)이 제2문턱전압(Vth2)을 갖도록 프로그램된 상태에서 상부전극(160)에 제1극성의 프로그램 전압(-Vprogram) 즉, 네거티브 전압을 인가하면, 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들에 결합된 수소가 전자트랩들로부터 분리되어 문턱전압 조절막(150) 내부로 이동함에 따라 칼코게나이드막(140) 내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 열평형 상태에서의 전자트랩들의 개수인 제1개수로 증가할 수 있다. 따라서, 칼코게나이드막(140)은 제2문턱전압(Vth2)보다 낮은 제1문턱전압(Vth1) 즉, 열평형 상태의 문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. On the other hand, when the first polarity program voltage (-V program ), that is, a negative voltage is applied to the upper electrode 160 in a state in which the chalcogenide layer 140 is programmed to have the second threshold voltage V th 2 , As hydrogen bound to the electron traps in the chalcogenide layer 140 is separated from the electron traps and moves into the threshold voltage control layer 150 , the number of electron traps in the chalcogenide layer 140 increases to a second number. may increase to the first number, which is the number of electron traps in the thermal equilibrium state. Accordingly, the chalcogenide layer 140 may be programmed to have a first threshold voltage V th 1 lower than the second threshold voltage V th 2 , that is, a threshold voltage in a thermal equilibrium state.

문턱전압 조절막(150)은 칼코게나이드막(140)과 상부전극(160) 사이에 삽입될 수 있다. 실시예서는 문턱전압 조절막(150)이 칼코게나이드막(140)과 상부전극(160) 사이에 삽입되는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 문턱전압 조절막(150)은 칼코게나이드막(140)과 하부전극(130) 사이에 삽입될 수도 있다. 여기서, 문턱전압 조절막(150)이 삽입되는 위치는 프로그램 전압(±Vprogram)이 인가되는 전극에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 상부전극(160)에 프로그램 전압(±Vprogram)이 인가되는 경우에는 칼코게나이드막(140)과 상부전극(160) 사이에 문턱전압 조절막(150)이 삽입된 구조를 가질 수 있고, 프로그램 전압(±Vprogram)이 하부전극(130)에 인가되는 경우에는 칼코게나이드막(140)과 하부전극(130) 사이에 문턱전압 조절막(150)이 삽입된 구조를 가질 수 있다. 한편, 또 다른 변형예로서, 문턱전압 조절막(150)은 칼코게나이드막(140)과 하부전극(130) 사이 및 칼코게나이드막(140)과 상부전극(160) 사이 모두에 삽입될 수도 있다. 이때, 칼코게나이드막(140)과 하부전극(130) 사이에 삽입되는 문턱전압 조절막(150)과 칼코게나이드막(140)과 상부전극(160) 사이에 삽입되는 문턱전압 조절막(150)은 서로 동일한 것일 수 있다. The threshold voltage control layer 150 may be inserted between the chalcogenide layer 140 and the upper electrode 160 . Although the embodiment exemplifies the case in which the threshold voltage control layer 150 is inserted between the chalcogenide layer 140 and the upper electrode 160 , the present invention is not limited thereto. As a modification, the threshold voltage control layer 150 may be inserted between the chalcogenide layer 140 and the lower electrode 130 . Here, a position at which the threshold voltage control layer 150 is inserted may be determined according to an electrode to which a program voltage ±V program is applied. For example, when a program voltage (±V program ) is applied to the upper electrode 160 , the threshold voltage adjusting film 150 may be inserted between the chalcogenide film 140 and the upper electrode 160 , , when a program voltage (±V program ) is applied to the lower electrode 130 , the threshold voltage adjusting film 150 may be inserted between the chalcogenide film 140 and the lower electrode 130 . Meanwhile, as another modification, the threshold voltage control layer 150 may be inserted both between the chalcogenide layer 140 and the lower electrode 130 and between the chalcogenide layer 140 and the upper electrode 160 . have. At this time, the threshold voltage control layer 150 is inserted between the chalcogenide layer 140 and the lower electrode 130, and the threshold voltage control layer 150 is inserted between the chalcogenide layer 140 and the upper electrode (160). ) may be identical to each other.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 반도체 메모리는 메모리셀(MC)이 칼코게나이드막(140)과 문턱전압 조절막(150)이 적층된 단순한 구조를 갖고, 메모리셀(MC)에 인가되는 프로그램 전압(±Vprogram)에 응답하여 제1문턱전압(Vth1)과 제2문턱전압(Vth2) 사이를 가역적으로 천이함에 따라 반도체 메모리의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, in the semiconductor memory according to the embodiment, the memory cell MC has a simple structure in which a chalcogenide layer 140 and a threshold voltage control layer 150 are stacked, and a program is applied to the memory cell MC. By reversibly transitioning between the first threshold voltage V th 1 and the second threshold voltage V th 2 in response to the voltage ±V program , the reliability of the semiconductor memory may be improved.

또한, 메모리셀(MC)은 칼코게나이드막(140)이 선택 소자 및 메모리 소자로 동작하기 때문에 고집적화 및 저전력 동작이 가능하다. In addition, since the chalcogenide layer 140 operates as a selection device and a memory device, the memory cell MC can be highly integrated and operated with low power.

또한, 메모리셀(MC)은 상온에서의 스퍼터링 공정을 통해 구현이 가능한 2단자 소자이기 때문에 공정 난이도가 매우 낮고, 수율을 향상시킬 수 있으며, 생산 비용을 낮출 수 있다. In addition, since the memory cell MC is a two-terminal device that can be implemented through a sputtering process at room temperature, the process difficulty is very low, the yield can be improved, and the production cost can be lowered.

또한, 메모리셀(MC)은 2단자 소자이기 때문에 확장성이 우수하고, 프로그램 전압(±Vprogram)의 크기에 따라 제1문턱전압(Vth1)과 제2문턱전압(Vth2) 사이의 차이를 용이하게 증가시킬 수 있기 때문에 멀티 레벨 셀 구현이 용이하여 확장성을 더욱더 향상시킬 수 있다. In addition, since the memory cell MC is a two-terminal device, it has excellent scalability, and is located between the first threshold voltage V th 1 and the second threshold voltage V th 2 according to the size of the program voltage ±V program . Since the difference between , can be easily increased, it is easy to implement a multi-level cell, thereby further improving scalability.

또한, 메모리셀(MC)은 칼코게나이드막(140)이 오보닉 임계 스위칭이 가능한 물질로 구성되어 수 ns의 동작 속도를 구현할 수 있기 때문에 고속 동작이 가능하다.In addition, since the chalcogenide layer 140 is made of a material capable of ovonic threshold switching, the memory cell MC can realize an operation speed of several ns, so that a high-speed operation is possible.

상술한 실시예에 따른 반도체 메모리는 다양한 전자 장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 도 4 내지 도 8은 상술한 실시예에 따른 반도체 메모리를 이용하여 구현할 수 있는 전자 장치 또는 시스템의 몇몇 예시들을 나타낸 것이다.The semiconductor memory according to the above-described embodiment may be used in various electronic devices or systems. 4 to 8 illustrate some examples of electronic devices or systems that can be implemented using the semiconductor memory according to the above-described embodiment.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 마이크로프로세서의 구성도의 일 예이다.4 is an example of a configuration diagram of a microprocessor implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 마이크로프로세서(1000)는 다양한 외부 장치로부터 데이터를 받아서 처리한 후 그 결과를 외부 장치로 보내는 일련의 과정을 제어하고 조정하는 일을 수행할 수 있으며, 기억부(1010), 연산부(1020), 제어부(1030) 등을 포함할 수 있다. 마이크로프로세서(1000)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit; GPU), 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor; DSP), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP) 등 각종 데이터 처리 장치 일 수 있다.Referring to FIG. 4 , the microprocessor 1000 may control and adjust a series of processes of receiving and processing data from various external devices and sending the results to the external device, and a storage unit 1010, It may include an operation unit 1020 , a control unit 1030 , and the like. The microprocessor 1000 includes a central processing unit (CPU), a graphic processing unit (GPU), a digital signal processing unit (DSP), an application processor (AP), etc. It may be a data processing device.

기억부(1010)는 프로세서 레지스터(Processor register), 레지스터(Register) 등으로, 마이크로프로세서(1000) 내에서 데이터를 저장하는 부분일 수 있고, 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 부동 소수점 레지스터 등을 포함할 수 있으며 이외에 다양한 레지스터를 포함할 수 있다. 기억부(1010)는 연산부(1020)에서 연산을 수행하는 데이터나 수행결과 데이터, 수행을 위한 데이터가 저장되어 있는 주소를 일시적으로 저장하는 역할을 수행할 수 있다.The storage unit 1010 is a processor register, a register, etc., and may be a part for storing data in the microprocessor 1000, and may include a data register, an address register, a floating-point register, and the like. In addition, it may include various registers. The storage unit 1010 may serve to temporarily store the data for which the operation unit 1020 performs the operation, the execution result data, and an address in which the data for the execution is stored.

기억부(1010)는 상술한 반도체 메모리의 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 기억부(1010)는 제1도전라인, 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인 및 제1도전라인과 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 제2문턱전압에서 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. 또한, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 제1개수로 증가할 수 있다. 이를 통해, 기억부(1010)의 데이터 저장 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 마이크로프로세서(1000)의 신뢰성 향상이 가능하다.The storage unit 1010 may include one or more of the above-described semiconductor memory embodiments. For example, the memory unit 1010 includes a first conductive line, a second conductive line intersecting the first conductive line, and between the first conductive line and the second conductive line, and includes a chalcogenide layer and at least one threshold voltage control layer. Including stacked memory cells, the chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a program voltage of a second polarity, and has a second polarity It may be programmed to have a first threshold voltage from a second threshold voltage in response to a program voltage having a first polarity different from . In addition, the chalcogenide layer includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to the program voltage of the second polarity, The number of the youngest electron traps may increase from the second number to the first number in response to the polarity program voltage. Through this, the reliability of the data storage characteristics of the storage unit 1010 may be improved. As a result, it is possible to improve the reliability of the microprocessor 1000 .

연산부(1020)는 제어부(1030)가 명령을 해독한 결과에 따라서 여러 가지 사칙 연산 또는 논리 연산을 수행할 수 있다. 연산부(1020)는 하나 이상의 산술 논리 연산 장치(Arithmetic and Logic Unit; ALU) 등을 포함할 수 있다.The operation unit 1020 may perform various four-ruling operations or logical operations according to the result of the control unit 1030 decoding the command. The operation unit 1020 may include one or more Arithmetic and Logic Units (ALUs).

제어부(1030)는 기억부(1010), 연산부(1020), 마이크로프로세서(1000)의 외부 장치 등으로부터 신호를 수신하고, 명령의 추출이나 해독, 마이크로프로세서(1000)의 신호 입출력의 제어 등을 수행하고, 프로그램으로 나타내어진 처리를 실행할 수 있다.The control unit 1030 receives a signal from the storage unit 1010 , the operation unit 1020 , an external device of the microprocessor 1000 , etc., and performs extraction or decoding of commands, control of signal input/output of the microprocessor 1000 , etc. and the processing indicated by the program can be executed.

본 실시예에 따른 마이크로프로세서(1000)는 기억부(1010) 이외에 외부 장치로부터 입력되거나 외부 장치로 출력할 데이터를 임시 저장할 수 있는 캐시 메모리부(1040)를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 캐시 메모리부(1040)는 버스 인터페이스(1050)를 통해 기억부(1010), 연산부(1020) 및 제어부(1030)와 데이터를 주고 받을 수 있다.In addition to the storage unit 1010 , the microprocessor 1000 according to the present embodiment may further include a cache memory unit 1040 capable of temporarily storing data input from or output to an external device. In this case, the cache memory unit 1040 may exchange data with the storage unit 1010 , the operation unit 1020 , and the control unit 1030 through the bus interface 1050 .

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 프로세서의 구성도의 일 예이다.5 is an example of a configuration diagram of a processor implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 프로세서(1100)는 다양한 외부 장치로부터 데이터를 받아서 처리한 후 그 결과를 외부 장치로 보내는 일련의 과정을 제어하고 조정하는 일을 수행하는 마이크로프로세서의 기능 이외에 다양한 기능을 포함하여 성능 향상 및 다기능을 구현할 수 있다. 프로세서(1100)는 마이크로프로세서의 역할을 하는 코어부(1110), 데이터를 임시 저장하는 역할을 하는 캐시 메모리부(1120) 및 내부와 외부 장치 사이의 데이터 전달을 위한 버스 인터페이스(1430)를 포함할 수 있다. 프로세서(1100)는 멀티 코어 프로세서(Multi Core Processor), 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit; GPU), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP) 등과 같은 각종 시스템 온 칩(System on Chip; SoC)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the processor 1100 includes various functions in addition to the function of the microprocessor for receiving and processing data from various external devices, and then controlling and adjusting a series of processes of sending the results to the external device. Performance improvement and multi-function can be implemented. The processor 1100 may include a core unit 1110 serving as a microprocessor, a cache memory unit 1120 serving to temporarily store data, and a bus interface 1430 for data transfer between internal and external devices. can The processor 1100 may include various system on chip (SoC) such as a multi-core processor, a graphic processing unit (GPU), an application processor (AP), and the like. have.

본 실시예의 코어부(1110)는 외부 장치로부터 입력된 데이터를 산술 논리 연산하는 부분으로, 기억부(1111), 연산부(1112) 및 제어부(1113)를 포함할 수 있다.The core unit 1110 of the present embodiment is a part that performs arithmetic and logic operations on data input from an external device, and may include a storage unit 1111 , an operation unit 1112 , and a control unit 1113 .

기억부(1111)는 프로세서 레지스터(Processor register), 레지스터(Register) 등으로, 프로세서(1100) 내에서 데이터를 저장하는 부분일 수 있고, 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 부동 소수점 레지스터 등를 포함할 수 있으며 이외에 다양한 레지스터를 포함할 수 있다. 기억부(1111)는 연산부(1112)에서 연산을 수행하는 데이터나 수행결과 데이터, 수행을 위한 데이터가 저장되어 있는 주소를 일시적으로 저장하는 역할을 수행할 수 있다. 연산부(1112)는 프로세서(1100)의 내부에서 연산을 수행하는 부분으로, 제어부(1113)가 명령을 해독한 결과에 따라서 여러 가지 사칙 연산, 논리 연산 등을 수행할 수 있다. 연산부(1112)는 하나 이상의 산술 논리 연산 장치(Arithmetic and Logic Unit; ALU) 등을 포함할 수 있다. 제어부(1113)는 기억부(1111), 연산부(1112), 프로세서(1100)의 외부 장치 등으로부터 신호를 수신하고, 명령의 추출이나 해독, 프로세서(1100)의 신호 입출력의 제어 등을 수행하고, 프로그램으로 나타내어진 처리를 실행할 수 있다.The storage unit 1111 is a processor register, a register, etc., and may be a part for storing data in the processor 1100, and may include a data register, an address register, a floating-point register, and the like. It can contain various registers. The storage unit 1111 may serve to temporarily store the data for which the operation unit 1112 performs the operation, the result data, and the address in which the data for the execution is stored. The operation unit 1112 is a part that performs operations inside the processor 1100 , and may perform various four-ruling operations, logical operations, etc. according to the result of the control unit 1113 decoding the command. The operation unit 1112 may include one or more Arithmetic and Logic Units (ALUs). The control unit 1113 receives a signal from the storage unit 1111, the operation unit 1112, an external device of the processor 1100, etc., and performs extraction or decoding of commands, control of signal input/output of the processor 1100, etc., The processing indicated by the program can be executed.

캐시 메모리부(1120)는 고속으로 동작하는 코어부(1110)와 저속으로 동작하는 외부 장치 사이의 데이터 처리 속도 차이를 보완하기 위해 임시로 데이터를 저장하는 부분으로, 1차 저장부(1121), 2차 저장부(1122) 및 3차 저장부(1123)를 포함할 수 있다. 일반적으로 캐시 메모리부(1120)는 1차, 2차 저장부(1121, 1122)를 포함하며 고용량이 필요할 경우 3차 저장부(1123)를 포함할 수 있으며, 필요시 더 많은 저장부를 포함할 수 있다. 즉 캐시 메모리부(1120)가 포함하는 저장부의 개수는 설계에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 1차, 2차, 3차 저장부(1121, 1122, 1123)의 데이터 저장 및 판별하는 처리 속도는 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 각 저장부의 처리 속도가 다른 경우, 1차 저장부의 속도가 제일 빠를 수 있다. 캐시 메모리부(1120)의 1차 저장부(1121), 2차 저장부(1122) 및 3차 저장부(1123) 중 하나 이상의 저장부는 상술한 반도체 메모리의 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐시 메모리부(1120)는 제1도전라인, 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인 및 제1도전라인과 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 제2문턱전압에서 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. 또한, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 제1개수로 증가할 수 있다. 이를 통해 캐시 메모리부(1120)의 데이터 저장 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 프로세서(1100)의 신뢰성 향상이 가능하다.The cache memory unit 1120 temporarily stores data to compensate for a difference in data processing speed between the core unit 1110 operating at high speed and an external device operating at a low speed, and includes a primary storage unit 1121, It may include a secondary storage unit 1122 and a tertiary storage unit 1123 . In general, the cache memory unit 1120 includes primary and secondary storage units 1121 and 1122, and may include a tertiary storage unit 1123 when a high capacity is required, and may include more storage units if necessary. have. That is, the number of storage units included in the cache memory unit 1120 may vary according to design. Here, the processing speeds for storing and determining the data of the primary, secondary, and tertiary storage units 1121 , 1122 , and 1123 may be the same or different. When the processing speed of each storage unit is different, the speed of the primary storage unit may be the fastest. One or more storage units of the primary storage unit 1121 , the secondary storage unit 1122 , and the tertiary storage unit 1123 of the cache memory unit 1120 may include one or more of the above-described semiconductor memory embodiments. . For example, the cache memory unit 1120 includes a first conductive line, a second conductive line crossing the first conductive line, and between the first conductive line and the second conductive line, and has a chalcogenide layer and at least one threshold. a memory cell having a voltage control layer stacked thereon, wherein the chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a second polarity program voltage; It may be programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage in response to the program voltage having a first polarity different from the second polarity. In addition, the chalcogenide layer includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to the program voltage of the second polarity, The number of the youngest electron traps may increase from the second number to the first number in response to the polarity program voltage. Through this, the reliability of the data storage characteristics of the cache memory unit 1120 may be improved. As a result, it is possible to improve the reliability of the processor 1100 .

도 5에는 1차, 2차, 3차 저장부(1121, 1122, 1123)가 모두 캐시 메모리부(1120)의 내부에 구성된 경우를 도시하였으나, 캐시 메모리부(1120)의 1차, 2차, 3차 저장부(1121, 1122, 1123)는 모두 코어부(1110)의 외부에 구성되어 코어부(1110)와 외부 장치간의 처리 속도 차이를 보완할 수 있다. 또는, 캐시 메모리부(1120)의 1차 저장부(1121)는 코어부(1110)의 내부에 위치할 수 있고, 2차 저장부(1122) 및 3차 저장부(1123)는 코어부(1110)의 외부에 구성되어 처리 속도 차이의 보완 기능이 보다 강화될 수 있다. 또는, 1차, 2차 저장부(1121, 1122)는 코어부(1110)의 내부에 위치할 수 있고, 3차 저장부(1123)는 코어부(1110)의 외부에 위치할 수 있다.5 illustrates a case in which the primary, secondary, and tertiary storage units 1121, 1122, and 1123 are all configured in the cache memory unit 1120, the primary, secondary, and The tertiary storage units 1121 , 1122 , and 1123 are all configured outside the core unit 1110 to compensate for a difference in processing speed between the core unit 1110 and an external device. Alternatively, the primary storage unit 1121 of the cache memory unit 1120 may be located inside the core unit 1110 , and the secondary storage unit 1122 and the tertiary storage unit 1123 may include the core unit 1110 . ), the complementary function of processing speed difference can be further strengthened. Alternatively, the primary and secondary storage units 1121 and 1122 may be located inside the core unit 1110 , and the tertiary storage unit 1123 may be located outside the core unit 1110 .

버스 인터페이스(1430)는 코어부(1110), 캐시 메모리부(1120) 및 외부 장치를 연결하여 데이터를 효율적으로 전송할 수 있게 해주는 부분이다.The bus interface 1430 is a part that connects the core unit 1110 , the cache memory unit 1120 , and an external device to efficiently transmit data.

본 실시예에 따른 프로세서(1100)는 다수의 코어부(1110)를 포함할 수 있으며 다수의 코어부(1110)가 캐시 메모리부(1120)를 공유할 수 있다. 다수의 코어부(1110)와 캐시 메모리부(1120)는 직접 연결되거나, 버스 인터페이스(1430)를 통해 연결될 수 있다. 다수의 코어부(1110)는 모두 상술한 코어부의 구성과 동일하게 구성될 수 있다. 프로세서(1100)가 다수의 코어부(1110)를 포함할 경우, 캐시 메모리부(1120)의 1차 저장부(1121)는 다수의 코어부(1110)의 개수에 대응하여 각각의 코어부(1110) 내에 구성되고 2차 저장부(1122)와 3차 저장부(1123)는 다수의 코어부(1110)의 외부에 버스 인터페이스(1130)를 통해 공유되도록 구성될 수 있다. 여기서, 1차 저장부(1121)의 처리 속도가 2차, 3차 저장부(1122, 1123)의 처리 속도보다 빠를 수 있다. 다른 실시예에서, 1차 저장부(1121)와 2차 저장부(1122)는 다수의 코어부(1110)의 개수에 대응하여 각각의 코어부(1110) 내에 구성되고, 3차 저장부(1123)는 다수의 코어부(1110) 외부에 버스 인터페이스(1130)를 통해 공유되도록 구성될 수 있다.The processor 1100 according to the present embodiment may include a plurality of core units 1110 , and the plurality of core units 1110 may share the cache memory unit 1120 . The plurality of core units 1110 and the cache memory unit 1120 may be directly connected or may be connected through a bus interface 1430 . All of the plurality of core units 1110 may have the same configuration as the above-described core unit. When the processor 1100 includes a plurality of core units 1110 , the primary storage unit 1121 of the cache memory unit 1120 corresponds to the number of the plurality of core units 1110 , respectively. ) and the secondary storage unit 1122 and the tertiary storage unit 1123 may be configured to be shared through the bus interface 1130 to the outside of the plurality of core units 1110 . Here, the processing speed of the primary storage unit 1121 may be faster than the processing speed of the secondary and tertiary storage units 1122 and 1123 . In another embodiment, the primary storage unit 1121 and the secondary storage unit 1122 are configured in each core unit 1110 corresponding to the number of the plurality of core units 1110 , and the tertiary storage unit 1123 . ) may be configured to be shared through the bus interface 1130 to the outside of the plurality of core units 1110 .

본 실시예에 따른 프로세서(1100)는 데이터를 저장하는 임베디드(Embedded) 메모리부(1140), 외부 장치와 유선 또는 무선으로 데이터를 송수신할 수 있는 통신모듈부(1150), 외부 기억 장치를 구동하는 메모리 컨트롤부(1160), 외부 인터페이스 장치에 프로세서(1100)에서 처리된 데이터나 외부 입력장치에서 입력된 데이터를 가공하고 출력하는 미디어처리부(1170) 등을 추가로 포함할 수 있으며, 이 이외에도 다수의 모듈과 장치를 포함할 수 있다. 이 경우 추가된 다수의 모듈들은 버스 인터페이스(1130)를 통해 코어부(1110), 캐시 메모리부(1120) 및 상호간 데이터를 주고 받을 수 있다.The processor 1100 according to this embodiment includes an embedded memory unit 1140 for storing data, a communication module unit 1150 capable of transmitting and receiving data with an external device by wire or wirelessly, and an external storage device to drive A memory control unit 1160 and a media processing unit 1170 for processing and outputting data processed by the processor 1100 or data input from an external input device to the external interface device may be additionally included. It may include modules and devices. In this case, the plurality of added modules may exchange data with the core unit 1110 and the cache memory unit 1120 through the bus interface 1130 .

여기서 임베디드 메모리부(1140)는 휘발성 메모리뿐만 아니라 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), Moblie DRAM, SRAM(Static Random Access Memory), 및 이와 유사한 기능을 하는 메모리 등을 포함할 수 있으며, 비휘발성 메모리는 ROM(Read Only Memory), NOR Flash Memory, NAND Flash Memory, PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory), STTRAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), 및 이와 유사한 기능을 수행하는 메모리 등을 포함할 수 있다.Here, the embedded memory unit 1140 may include a non-volatile memory as well as a volatile memory. The volatile memory may include a dynamic random access memory (DRAM), a mobile DRAM, a static random access memory (SRAM), and a memory having a similar function, and the nonvolatile memory is a read only memory (ROM), a NOR flash memory , NAND Flash Memory, PRAM (Phase Change Random Access Memory), RRAM (Resistive Random Access Memory), STTRAM (Spin Transfer Torque Random Access Memory), MRAM (Magnetic Random Access Memory), and memory that performs similar functions. may include

통신모듈부(1150)는 유선 네트워크와 연결할 수 있는 모듈, 무선 네트워크와 연결할 수 있는 모듈, 및 이들 전부를 포함할 수 있다. 유선 네트워크 모듈은, 전송 라인을 통하여 데이터를 송수신하는 다양한 장치들과 같이, 유선랜(Local Area Network; LAN), 유에스비(Universal Serial Bus; USB), 이더넷(Ethernet), 전력선통신(Power Line Communication; PLC) 등을 포함할 수 있다. 무선 네트워크 모듈은, 전송 라인 없이 데이터를 송수신하는 다양한 장치들과 같이, 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access; CDMA), 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access; TDMA), 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA), 무선랜(Wireless LAN), 지그비(Zigbee), 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency IDentification), 롱텀에볼루션(Long Term Evolution; LTE), 근거리 무선통신(Near Field Communication; NFC), 광대역 무선 인터넷(Wireless Broadband Internet; Wibro), 고속 하향 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access; HSDPA), 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband CDMA; WCDMA), 초광대역 통신(Ultra WideBand; UWB) 등을 포함할 수 있다.The communication module unit 1150 may include a module connectable to a wired network, a module connectable to a wireless network, and all of them. Wired network module, like various devices for transmitting and receiving data through transmission line, wired LAN (Local Area Network; LAN), USB (Universal Serial Bus; USB), Ethernet (Ethernet), Power Line Communication (PLC) ) and the like. The wireless network module, like various devices that transmit and receive data without a transmission line, includes Infrared Data Association (IrDA), Code Division Multiple Access (CDMA), Time Division Multiple Access; TDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA), Wireless LAN, Zigbee, Ubiquitous Sensor Network (USN), Bluetooth (Bluetooth), RFID (Radio Frequency IDentification) , Long Term Evolution (LTE), Near Field Communication (NFC), Wireless Broadband Internet (Wibro), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), Broadband Code Division It may include multiple access (Wideband CDMA; WCDMA), Ultra WideBand (UWB), and the like.

메모리 컨트롤부(1160)는 프로세서(1100)와 서로 다른 통신 규격에 따라 동작하는 외부 저장 장치 사이에 전송되는 데이터를 처리하고 관리하기 위한 것으로 각종 메모리 컨트롤러, 예를 들어, IDE(Integrated Device Electronics), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), RAID(Redundant Array of Independent Disks), SSD(Solid State Disk), eSATA(External SATA), PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association), USB(Universal Serial Bus), 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital; SD), 미니 씨큐어 디지털 카드(mini Secure Digital card; mSD), 마이크로 씨큐어 디지털 카드(micro SD), 고용량 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital High Capacity; SDHC), 메모리 스틱 카드(Memory Stick Card), 스마트 미디어 카드(Smart Media Card; SM), 멀티 미디어 카드(Multi Media Card; MMC), 내장 멀티 미디어 카드(Embedded MMC; eMMC), 컴팩트 플래시 카드(Compact Flash; CF) 등을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.The memory control unit 1160 is for processing and managing data transmitted between the processor 1100 and an external storage device operating according to different communication standards, and various memory controllers, for example, IDE (Integrated Device Electronics), Serial Advanced Technology Attachment (SATA), Small Computer System Interface (SCSI), Redundant Array of Independent Disks (RAID), Solid State Disk (SSD), External SATA (eSATA), Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA), USB ( Universal Serial Bus), Secure Digital Card (SD), Mini Secure Digital card (mSD), Micro Secure Digital Card (micro SD), Secure Digital High Capacity (SDHC), Memory Stick Card, Smart Media Card (SM), Multi Media Card (MMC), Embedded MMC (eMMC), Compact Flash Card (CF) ) may include a controller for controlling the

미디어처리부(1170)는 프로세서(1100)에서 처리된 데이터나 외부 입력장치로부터 영상, 음성 및 기타 형태로 입력된 데이터를 가공하고, 이 데이터를 외부 인터페이스 장치로 출력할 수 있다. 미디어처리부(1170)는 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit; GPU), 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor; DSP), 고선명 오디오(High Definition Audio; HD Audio), 고선명 멀티미디어 인터페이스(High Definition Multimedia Interface; HDMI) 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.The media processing unit 1170 may process data processed by the processor 1100 or data input in the form of images, audio, and other forms from an external input device, and output the data to an external interface device. The media processing unit 1170 includes a graphics processing unit (GPU), a digital signal processing unit (DSP), a high definition audio (HD Audio), and a high definition multimedia interface (HDMI). ) may include a controller, etc.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 시스템의 구성도의 일 예이다.6 is an example of a configuration diagram of a system for implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 시스템(1200)은 데이터를 처리하는 장치로, 데이터에 대하여 일련의 조작을 행하기 위해 입력, 처리, 출력, 통신, 저장 등을 수행할 수 있다. 시스템(1200)은 프로세서(1210), 주기억장치(1220), 보조기억장치(1230), 인터페이스 장치(1240) 등을 포함할 수 있다. 본 실시예의 시스템(1200)은 컴퓨터(Computer), 서버(Server), PDA(Personal Digital Assistant), 휴대용 컴퓨터(Portable Computer), 웹 타블렛(Web Tablet), 무선 폰(Wireless Phone), 모바일 폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 디지털 뮤직 플레이어(Digital Music Player), PMP(Portable Multimedia Player), 카메라(Camera), 위성항법장치(Global Positioning System; GPS), 비디오 카메라(Video Camera), 음성 녹음기(Voice Recorder), 텔레매틱스(Telematics), AV시스템(Audio Visual System), 스마트 텔레비전(Smart Television) 등 프로세스를 사용하여 동작하는 각종 전자 시스템일 수 있다.Referring to FIG. 6 , a system 1200 is a data processing device, and may perform input, processing, output, communication, storage, and the like, in order to perform a series of manipulations on data. The system 1200 may include a processor 1210 , a main memory device 1220 , an auxiliary memory device 1230 , an interface device 1240 , and the like. The system 1200 of this embodiment includes a computer, a server, a personal digital assistant (PDA), a portable computer, a web tablet, a wireless phone, and a mobile phone. Phone), Smart Phone, Digital Music Player, PMP (Portable Multimedia Player), Camera, Global Positioning System (GPS), Video Camera, Voice It may be various electronic systems operating using a process such as a voice recorder, telematics, an audio visual system (AV), and a smart television.

프로세서(1210)는 입력된 명령어의 해석과 시스템(1200)에 저장된 자료의 연산, 비교 등의 처리를 제어할 수 있고, 마이크로프로세서(Micro Processor Unit; MPU), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), 싱글/멀티 코어 프로세서(Single/Multi Core Processor), 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit; GPU), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP), 디지털 신호 처리 장치(Digital Signal Processor; DSP) 등을 포함할 수 있다.The processor 1210 may control processing such as interpretation of input commands and calculation and comparison of data stored in the system 1200, and may include a microprocessor (MPU), a central processing unit (CPU), and the like. ), a single/multi-core processor (Single/Multi Core Processor), a graphic processing unit (GPU), an application processor (AP), a digital signal processing unit (DSP), etc. can

주기억장치(1220)는 프로그램이 실행될 때 보조기억장치(1230)로부터 프로그램 코드나 자료를 이동시켜 저장, 실행시킬 수 있는 기억장소로, 전원이 끊어져도 기억된 내용이 보존될 수 있다. 주기억장치(1220)는 상술한 반도체 메모리의 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주기억장치(1220)는 제1도전라인, 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인 및 제1도전라인과 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 제2문턱전압에서 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. 또한, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 제1개수로 증가할 수 있다. 이를 통해, 주기억장치(1220)의 데이터 저장 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 시스템(1200)의 신뢰성 향상이 가능하다.The main memory 1220 is a storage location that can store and execute program codes or data by moving the program code or data from the auxiliary memory 1230 when the program is executed, and the stored contents can be preserved even if the power is cut off. The main memory device 1220 may include one or more of the above-described semiconductor memory embodiments. For example, the main memory device 1220 includes a first conductive line, a second conductive line intersecting the first conductive line, and between the first conductive line and the second conductive line, and has a chalcogenide layer and at least one or more threshold voltages. a memory cell having a control layer stacked thereon, wherein the chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a program voltage of a second polarity; It may be programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage in response to the program voltage having a first polarity different from the second polarity. In addition, the chalcogenide layer includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to the program voltage of the second polarity, The number of the youngest electron traps may increase from the second number to the first number in response to the polarity program voltage. Through this, the reliability of the data storage characteristics of the main memory device 1220 may be improved. As a result, it is possible to improve the reliability of the system 1200 .

또한, 주기억장치(1220)는 전원이 꺼지면 모든 내용이 지워지는 휘발성 메모리 타입의 에스램(Static Random Access Memory; SRAM), 디램(Dynamic Random Access Memory) 등을 더 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 주기억장치(1220)는 전술한 실시예의 반도체 장치를 포함하지 않고, 전원이 꺼지면 모든 내용이 지워지는 휘발성 메모리 타입의 에스램(Static Random Access Memory; SRAM), 디램(Dynamic Random Access Memory) 등을 포함할 수 있다.In addition, the main memory 1220 may further include a volatile memory type static random access memory (SRAM), a dynamic random access memory (DRAM), and the like in which all contents are erased when power is turned off. Unlike this, the main memory device 1220 does not include the semiconductor device of the above-described embodiment, and is a volatile memory type of static random access memory (SRAM) and dynamic random access memory (DRAM) in which all contents are erased when power is turned off. and the like.

보조기억장치(1230)는 프로그램 코드나 데이터를 보관하기 위한 기억장치를 말한다. 주기억장치(1220)보다 속도는 느리지만 많은 자료를 보관할 수 있다. 보조기억장치(1230)는 상술한 반도체 메모리의 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보조기억장치(1230)는 제1도전라인, 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인 및 제1도전라인과 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 제2문턱전압에서 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. 또한, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 제1개수로 증가할 수 있다. 이를 통해, 보조기억장치(1230)의 데이터 저장 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 시스템(1200)의 신뢰성 향상이 가능하다.The auxiliary storage device 1230 refers to a storage device for storing program codes or data. Although the speed is slower than the main memory 1220, it can store a lot of data. The auxiliary memory device 1230 may include one or more of the above-described semiconductor memory embodiments. For example, the auxiliary memory device 1230 includes a first conductive line, a second conductive line intersecting the first conductive line, and between the first conductive line and the second conductive line, the chalcogenide layer and at least one threshold. a memory cell having a voltage control layer stacked thereon, wherein the chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a second polarity program voltage; It may be programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage in response to the program voltage having a first polarity different from the second polarity. In addition, the chalcogenide layer includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to the program voltage of the second polarity, The number of the youngest electron traps may increase from the second number to the first number in response to the polarity program voltage. Through this, the reliability of the data storage characteristics of the auxiliary memory device 1230 may be improved. As a result, it is possible to improve the reliability of the system 1200 .

또한, 보조기억장치(1230)는 자기를 이용한 자기테이프, 자기디스크, 빛을 이용한 레이져 디스크, 이들 둘을 이용한 광자기디스크, 고상 디스크(Solid State Disk; SSD), USB메모리(Universal Serial Bus Memory; USB Memory), 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital; SD), 미니 씨큐어 디지털 카드(mini Secure Digital card; mSD), 마이크로 씨큐어 디지털 카드(micro SD), 고용량 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital High Capacity; SDHC), 메모리 스틱 카드(Memory Stick Card), 스마트 미디어 카드(Smart Media Card; SM), 멀티 미디어 카드(Multi Media Card; MMC), 내장 멀티 미디어 카드(Embedded MMC; eMMC), 컴팩트 플래시 카드(Compact Flash; CF) 등과 같은 데이터 저장 시스템(도 7의 1300 참조)을 더 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 보조기억장치(1230)는 상술한 실시예의 반도체 메모리를 포함하지 않고 자기를 이용한 자기테이프, 자기디스크, 빛을 이용한 레이져 디스크, 이들 둘을 이용한 광자기디스크, 고상 디스크(Solid State Disk; SSD), USB메모리(Universal Serial Bus Memory; USB Memory), 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital; SD), 미니 씨큐어 디지털 카드(mini Secure Digital card; mSD), 마이크로 씨큐어 디지털 카드(micro SD), 고용량 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital High Capacity; SDHC), 메모리 스틱 카드(Memory Stick Card), 스마트 미디어 카드(Smart Media Card; SM), 멀티 미디어 카드(Multi Media Card; MMC), 내장 멀티 미디어 카드(Embedded MMC; eMMC), 컴팩트 플래시 카드(Compact Flash; CF) 등의 데이터 저장 시스템(도 7의 1300 참조)들을 포함할 수 있다.In addition, the auxiliary storage device 1230 may include a magnetic tape using magnetism, a magnetic disk, a laser disk using light, a magneto-optical disk using these two, a solid state disk (SSD), a USB memory (Universal Serial Bus Memory; USB Memory), Secure Digital Card (SD), Mini Secure Digital card (mSD), Micro Secure Digital Card (micro SD), Secure Digital High Capacity (SDHC), Memory Memory Stick Card, Smart Media Card (SM), Multi Media Card (MMC), Embedded MMC (eMMC), Compact Flash Card (CF) It may further include a data storage system (refer to 1300 of FIG. 7 ), such as. On the contrary, the auxiliary memory 1230 does not include the semiconductor memory of the above-described embodiment, but includes a magnetic tape, a magnetic disk, a laser disk using light, a magneto-optical disk using these two, a solid state disk; SSD), USB memory (Universal Serial Bus Memory; USB Memory), secure digital card (SD), mini Secure Digital card (mSD), micro secure digital card (micro SD), high capacity secure digital Secure Digital High Capacity (SDHC), Memory Stick Card (Smart Media Card; SM), Multi Media Card (MMC), Embedded MMC (eMMC) ) and data storage systems (see 1300 of FIG. 7 ) such as a compact flash card (CF).

인터페이스 장치(1240)는 본 실시예의 시스템(1200)과 외부 장치 사이에서 명령, 데이터 등을 교환하기 위한 것일 수 있으며, 키패드(keypad), 키보드(keyboard), 마우스(Mouse), 스피커(Speaker), 마이크(Mike), 표시장치(Display), 각종 휴먼 인터페이스 장치(Human Interface Device; HID), 통신장치 등일 수 있다. 통신장치는 유선 네트워크와 연결할 수 있는 모듈, 무선 네트워크와 연결할 수 있는 모듈, 및 이들 전부를 포함할 수 있다. 유선 네트워크 모듈은, 전송 라인을 통하여 데이터를 송수신하는 다양한 장치들과 같이, 유선랜(Local Area Network; LAN), 유에스비(Universal Serial Bus; USB), 이더넷(Ethernet), 전력선통신(Power Line Communication; PLC) 등을 포함할 수 있으며, 무선 네트워크 모듈은, 전송 라인 없이 데이터를 송수신하는 다양한 장치들과 같이, 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access; CDMA), 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access; TDMA), 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA), 무선랜(Wireless LAN), 지그비(Zigbee), 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency IDentification), 롱텀에볼루션(Long Term Evolution; LTE), 근거리 무선통신(Near Field Communication; NFC), 광대역 무선 인터넷(Wireless Broadband Internet; Wibro), 고속 하향 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access; HSDPA), 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband CDMA; WCDMA), 초광대역 통신(Ultra WideBand; UWB) 등을 포함할 수 있다.The interface device 1240 may be for exchanging commands and data between the system 1200 of this embodiment and an external device, and may include a keypad, a keyboard, a mouse, a speaker, and the like. It may be a microphone, a display device, various human interface devices (HID), and a communication device. The communication device may include a module capable of connecting to a wired network, a module capable of connecting to a wireless network, and all of them. Wired network module, like various devices for transmitting and receiving data through transmission line, wired LAN (Local Area Network; LAN), USB (Universal Serial Bus; USB), Ethernet (Ethernet), Power Line Communication (PLC) ) and the like, and the wireless network module, like various devices that transmit and receive data without a transmission line, are infrared communication (Infrared Data Association; IrDA), Code Division Multiple Access (CDMA), time division Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA), Wireless LAN, Zigbee, Ubiquitous Sensor Network (USN), Bluetooth ), RFID (Radio Frequency IDentification), Long Term Evolution (LTE), Near Field Communication (NFC), Wireless Broadband Internet (Wibro), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), Wideband CDMA (WCDMA), Ultra WideBand (UWB), and the like.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 데이터 저장 시스템의 구성도의 일 예이다.7 is an example of a configuration diagram of a data storage system implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 데이터 저장 시스템(1300)은 데이터 저장을 위한 구성으로 비휘발성 특성을 가지는 저장 장치(1310), 이를 제어하는 컨트롤러(1320), 외부 장치와의 연결을 위한 인터페이스(1330), 및 데이터를 임시 저장하기 위한 임시 저장 장치(1340)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 시스템(1300)은 하드 디스크(Hard Disk Drive; HDD), 광학 드라이브(Compact Disc Read Only Memory; CDROM), DVD(Digital Versatile Disc), 고상 디스크(Solid State Disk; SSD) 등의 디스크 형태와 USB메모리(Universal Serial Bus Memory; USB Memory), 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital; SD), 미니 씨큐어 디지털 카드(mini Secure Digital card; mSD), 마이크로 씨큐어 디지털 카드(micro SD), 고용량 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital High Capacity; SDHC), 메모리 스틱 카드(Memory Stick Card), 스마트 미디어 카드(Smart Media Card; SM), 멀티 미디어 카드(Multi Media Card; MMC), 내장 멀티 미디어 카드(Embedded MMC; eMMC), 컴팩트 플래시 카드(Compact Flash; CF) 등의 카드 형태일 수 있다.Referring to FIG. 7 , the data storage system 1300 includes a storage device 1310 having a non-volatile characteristic as a configuration for data storage, a controller 1320 controlling it, an interface 1330 for connection with an external device, and a temporary storage device 1340 for temporarily storing data. The data storage system 1300 includes a disk type such as a hard disk drive (HDD), an optical drive (Compact Disc Read Only Memory; CDROM), a DVD (Digital Versatile Disc), and a solid state disk (SSD). USB Memory (Universal Serial Bus Memory; USB Memory), Secure Digital Card (SD), Mini Secure Digital card (mSD), Micro Secure Digital Card (micro SD), High Capacity Secure Digital Card (Secure) Digital High Capacity (SDHC), Memory Stick Card, Smart Media Card (SM), Multi Media Card (MMC), Embedded Multi Media Card (Embedded MMC; eMMC), Compact It may be in the form of a card such as a compact flash (CF).

저장 장치(1310)는 데이터를 반 영구적으로 저장하는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 여기서, 비휘발성 메모리는, ROM(Read Only Memory), NOR Flash Memory, NAND Flash Memory, PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등을 포함할 수 있다.The storage device 1310 may include a non-volatile memory for semi-permanently storing data. Here, the non-volatile memory may include read only memory (ROM), NOR flash memory, NAND flash memory, phase change random access memory (PRAM), resistive random access memory (RRAM), magnetic random access memory (MRAM), and the like. can

컨트롤러(1320)는 저장 장치(1310)와 인터페이스(1330) 사이에서 데이터의 교환을 제어할 수 있다. 이를 위해 컨트롤러(1320)는 데이터 저장 시스템(1300) 외부에서 인터페이스(1330)를 통해 입력된 명령어들을 처리하기 위한 연산 등을 수행하는 프로세서(1321)를 포함할 수 있다.The controller 1320 may control data exchange between the storage device 1310 and the interface 1330 . To this end, the controller 1320 may include a processor 1321 that performs an operation for processing commands input through the interface 1330 from the outside of the data storage system 1300 .

인터페이스(1330)는 데이터 저장 시스템(1300)과 외부 장치간에 명령 및 데이터 등을 교환하기 위한 것이다. 데이터 저장 시스템(1300)이 카드인 경우, 인터페이스(1330)는, USB(Universal Serial Bus Memory), 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital; SD), 미니 씨큐어 디지털 카드(mini Secure Digital card; mSD), 마이크로 씨큐어 디지털 카드(micro SD), 고용량 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital High Capacity; SDHC), 메모리 스틱 카드(Memory Stick Card), 스마트 미디어 카드(Smart Media Card; SM), 멀티 미디어 카드(Multi Media Card; MMC), 내장 멀티 미디어 카드(Embedded MMC; eMMC), 컴팩트 플래시 카드(Compact Flash; CF) 등과 같은 장치에서 사용되는 인터페이스들과 호환될 수 있거나, 또는, 이들 장치와 유사한 장치에서 사용되는 인터페이스들과 호환될 수 있다. 데이터 저장 시스템(1300)이 디스크 형태일 경우, 인터페이스(1330)는 IDE(Integrated Device Electronics), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), eSATA(External SATA), PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association), USB(Universal Serial Bus) 등과 같은 인터페이스와 호환될 수 있거나, 또는, 이들 인터페이스와 유사한 인터페이스와 호환될 수 있다. 인터페이스(1330)는 서로 다른 타입을 갖는 하나 이상의 인터페이스와 호환될 수도 있다.The interface 1330 is for exchanging commands and data between the data storage system 1300 and an external device. When the data storage system 1300 is a card, the interface 1330 is a USB (Universal Serial Bus Memory), a secure digital card (SD), a mini secure digital card (mini Secure Digital card; mSD), and a micro secure Digital Card (micro SD), Secure Digital High Capacity (SDHC), Memory Stick Card (Memory Stick Card), Smart Media Card (SM), Multi Media Card (MMC) , may be compatible with interfaces used in devices such as Embedded MMC (eMMC), Compact Flash (CF), etc., or may be compatible with interfaces used in devices similar to these devices. can When the data storage system 1300 is in the form of a disk, the interface 1330 is an IDE (Integrated Device Electronics), SATA (Serial Advanced Technology Attachment), SCSI (Small Computer System Interface), eSATA (External SATA), PCMCIA (Personal Computer) Memory Card International Association), USB (Universal Serial Bus), etc. may be compatible, or may be compatible with an interface similar to these interfaces. Interface 1330 may be compatible with one or more interfaces of different types.

임시 저장 장치(1340)는 외부 장치와의 인터페이스, 컨트롤러, 및 시스템의 다양화, 고성능화에 따라 인터페이스(1330)와 저장 장치(1310)간의 데이터의 전달을 효율적으로 하기 위하여 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 임시 저장 장치(1340)는 상술한 반도체 메모리의 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 임시 저장 장치(1340)는 제1도전라인, 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인 및 제1도전라인과 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 제2문턱전압에서 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. 또한, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 제1개수로 증가할 수 있다. 이를 통해, 임시 저장 장치(1340)의 데이터 저장 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 데이터 저장 시스템(1300)의 신뢰성 향상이 가능하다.The temporary storage device 1340 may temporarily store data in order to efficiently transfer data between the interface 1330 and the storage device 1310 according to the diversification and high performance of interfaces with external devices, controllers, and systems. . The temporary storage device 1340 may include one or more of the above-described semiconductor memory embodiments. For example, the temporary storage device 1340 includes a first conductive line, a second conductive line intersecting the first conductive line, and between the first conductive line and the second conductive line, the chalcogenide layer and at least one threshold. a memory cell having a voltage control layer stacked thereon, wherein the chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a second polarity program voltage; It may be programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage in response to the program voltage having a first polarity different from the second polarity. In addition, the chalcogenide layer includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to the program voltage of the second polarity, The number of the youngest electron traps may increase from the second number to the first number in response to the polarity program voltage. Through this, the reliability of the data storage characteristics of the temporary storage device 1340 may be improved. As a result, the reliability of the data storage system 1300 can be improved.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 장치를 구현하는 메모리 시스템의 구성도의 일 예이다.8 is an example of a configuration diagram of a memory system implementing a memory device according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 메모리 시스템(1400)은 데이터 저장을 위한 구성으로 비휘발성 특성을 가지는 메모리(1410), 이를 제어하는 메모리 컨트롤러(1420), 외부 장치와의 연결을 위한 인터페이스(1430) 등을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(1400)은 고상 디스크(Solid State Disk; SSD), USB메모리(Universal Serial Bus Memory; USB Memory), 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital; SD), 미니 씨큐어 디지털 카드(mini Secure Digital card; mSD), 마이크로 씨큐어 디지털 카드(micro SD), 고용량 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital High Capacity; SDHC), 메모리 스틱 카드(Memory Stick Card), 스마트 미디어 카드(Smart Media Card; SM), 멀티 미디어 카드(Multi Media Card; MMC), 내장 멀티 미디어 카드(Embedded MMC; eMMC), 컴팩트 플래시 카드(Compact Flash; CF) 등의 카드 형태일 수 있다.Referring to FIG. 8 , the memory system 1400 includes a memory 1410 having non-volatile characteristics as a configuration for data storage, a memory controller 1420 for controlling it, an interface 1430 for connection with an external device, and the like. may include The memory system 1400 includes a solid state disk (SSD), a universal serial bus memory (USB Memory), a secure digital card (SD), and a mini secure digital card (mSD). , Micro Secure Digital Card (micro SD), Secure Digital High Capacity (SDHC), Memory Stick Card (Memory Stick Card), Smart Media Card (SM), Multi Media Card (Multi Media Card) ; MMC), an embedded multimedia card (EMMC), a compact flash card (CF), or the like.

데이터를 저장하는 메모리(1410)는 상술한 반도체 메모리의 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1410)는 제1도전라인, 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인 및 제1도전라인과 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 제2문턱전압에서 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. 또한, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 제1개수로 증가할 수 있다. 이를 통해, 메모리(1410)의 데이터 저장 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 메모리 시스템(1400)의 신뢰성 향상이 가능하다.The memory 1410 for storing data may include one or more of the above-described semiconductor memory embodiments. For example, the memory 1410 includes a first conductive line, a second conductive line intersecting the first conductive line, and between the first conductive line and the second conductive line, and controls the chalcogenide layer and at least one or more threshold voltages. a memory cell in which the films are stacked, the chalcogenide film has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a program voltage of a second polarity; It may be programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage in response to the program voltage having a first polarity different from the polarity. In addition, the chalcogenide layer includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to the program voltage of the second polarity, The number of the youngest electron traps may increase from the second number to the first number in response to the polarity program voltage. Through this, the reliability of the data storage characteristics of the memory 1410 may be improved. As a result, the reliability of the memory system 1400 may be improved.

더불어, 본 실시예의 메모리는 비휘발성인 특성을 가지는 ROM(Read Only Memory), NOR Flash Memory, NAND Flash Memory, PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등을 포함할 수 있다.In addition, the memory of the present embodiment has non-volatile characteristics such as ROM (Read Only Memory), NOR Flash Memory, NAND Flash Memory, PRAM (Phase Change Random Access Memory), RRAM (Resistive Random Access Memory), MRAM (Magnetic Random Access) Memory) and the like.

메모리 컨트롤러(1420)는 메모리(1410)와 인터페이스(1430) 사이에서 데이터의 교환을 제어할 수 있다. 이를 위해 메모리 컨트롤러(1420)는 메모리 시스템(1400) 외부에서 인터페이스(1430)를 통해 입력된 명령어들을 처리 연산하기 위한 프로세서(1421)를 포함할 수 있다.The memory controller 1420 may control data exchange between the memory 1410 and the interface 1430 . To this end, the memory controller 1420 may include a processor 1421 for processing and operating commands input through the interface 1430 from the outside of the memory system 1400 .

인터페이스(1430)는 메모리 시스템(1400)과 외부 장치간에 명령 및 데이터 등을 교환하기 위한 것으로, USB(Universal Serial Bus), 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital; SD), 미니 씨큐어 디지털 카드(mini Secure Digital card; mSD), 마이크로 씨큐어 디지털 카드(micro SD), 고용량 씨큐어 디지털 카드(Secure Digital High Capacity; SDHC), 메모리 스틱 카드(Memory Stick Card), 스마트 미디어 카드(Smart Media Card; SM), 멀티 미디어 카드(Multi Media Card; MMC), 내장 멀티 미디어 카드(Embedded MMC; eMMC), 컴팩트 플래시 카드(Compact Flash; CF) 등과 같은 장치에서 사용되는 인터페이스와 호환될 수 있거나, 또는, 이들 장치들과 유사한 장치들에서 사용되는 인터페이스와 호환될 수 있다. 인터페이스(1430)는 서로 다른 타입을 갖는 하나 이상의 인터페이스와 호환될 수도 있다.The interface 1430 is for exchanging commands and data between the memory system 1400 and an external device, and includes a Universal Serial Bus (USB), a Secure Digital (SD) card, and a mini Secure Digital card. ; mSD), Micro Secure Digital Card (micro SD), Secure Digital High Capacity (SDHC), Memory Stick Card (Memory Stick Card), Smart Media Card (SM), Multi Media Card ( Compatible with the interface used in devices such as Multi Media Card (MMC), Embedded MMC (eMMC), Compact Flash Card (CF), etc., or in devices similar to these devices It can be compatible with the interface used. Interface 1430 may be compatible with one or more interfaces of different types.

본 실시예의 메모리 시스템(1400)은 외부 장치와의 인터페이스, 메모리 컨트롤러, 및 메모리 시스템의 다양화, 고성능화에 따라 인터페이스(1430)와 메모리(1410)간의 데이터의 입출력을 효율적으로 전달하기 위한 버퍼 메모리(1440)를 더 포함할 수 있다. 데이터를 임시로 저장하는 버퍼 메모리(1440)는 상술한 반도체 메모리의 실시예 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 버퍼 메모리(1440)는 제1도전라인, 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인 및 제1도전라인과 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 제2문턱전압에서 제1문턱전압을 갖도록 프로그램될 수 있다. 또한, 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 전자트랩들의 개수가 제2개수에서 제1개수로 증가할 수 있다. 이를 통해, 버퍼 메모리(1440)의 데이터 저장 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 메모리 시스템(1400)의 신뢰성 향상이 가능하다.The memory system 1400 of this embodiment is a buffer memory ( 1440) may be further included. The buffer memory 1440 for temporarily storing data may include one or more of the above-described semiconductor memory embodiments. For example, the buffer memory 1440 includes a first conductive line, a second conductive line crossing the first conductive line, and between the first conductive line and the second conductive line, the chalcogenide layer and at least one or more threshold voltages. a memory cell having a control layer stacked thereon, wherein the chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a program voltage of a second polarity; It may be programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage in response to the program voltage having a first polarity different from the second polarity. In addition, the chalcogenide layer includes the first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to the program voltage of the second polarity, The number of the youngest electron traps may increase from the second number to the first number in response to the polarity program voltage. Through this, reliability of the data storage characteristics of the buffer memory 1440 may be improved. As a result, the reliability of the memory system 1400 may be improved.

더불어, 본 실시예의 버퍼 메모리(1440)는 휘발성인 특성을 가지는 SRAM(Static Random Access Memory), DRAM(Dynamic Random Access Memory), 비휘발성인 특성을 가지는 ROM(Read Only Memory), NOR Flash Memory, NAND Flash Memory, PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory), STTRAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등을 더 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 버퍼 메모리(1440)는 전술한 실시예의 반도체 장치를 포함하지 않고 휘발성인 특성을 가지는 SRAM(Static Random Access Memory), DRAM(Dynamic Random Access Memory), 비휘발성인 특성을 가지는 ROM(Read Only Memory), NOR Flash Memory, NAND Flash Memory, PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory), STTRAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory) 등을 포함할 수 있다.In addition, the buffer memory 1440 of the present embodiment includes a volatile static random access memory (SRAM), a dynamic random access memory (DRAM), a nonvolatile read only memory (ROM), a NOR flash memory, and a NAND. Flash memory, phase change random access memory (PRAM), resistive random access memory (RRAM), spin transfer torque random access memory (STTRAM), magnetic random access memory (MRAM), and the like may be further included. Unlike this, the buffer memory 1440 does not include the semiconductor device of the above-described embodiment, but has a volatile SRAM (Static Random Access Memory), a DRAM (Dynamic Random Access Memory), and a non-volatile ROM (Read Only). Memory), NOR Flash Memory, NAND Flash Memory, Phase Change Random Access Memory (PRAM), Resistive Random Access Memory (RRAM), Spin Transfer Torque Random Access Memory (STTRAM), Magnetic Random Access Memory (MRAM), etc. have.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with reference to a preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. do.

110 : 제1도전라인 120 : 제2도전라인
130 : 하부전극 140 : 칼코게나이드막
150 : 문턱전압 조절막 160 : 상부전극
MC : 메모리셀
110: first conductive line 120: second conductive line
130: lower electrode 140: chalcogenide film
150: threshold voltage control film 160: upper electrode
MC: memory cell

Claims (20)

제1도전라인;
상기 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인; 및
상기 제1도전라인과 상기 제2도전라인 사이에 위치하고, 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고,
상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 가지며, 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 상기 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 상기 제2극성과 상이한 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 상기 제2문턱전압에서 상기 제1문턱전압을 갖도록 프로그램되는 전자 장치.
a first conductive line;
a second conductive line crossing the first conductive line; and
a memory cell positioned between the first conductive line and the second conductive line, in which a chalcogenide layer and at least one threshold voltage control layer are stacked;
The chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage in response to a program voltage of a second polarity, and has a first polarity different from the second polarity An electronic device programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage in response to a program voltage of
제1항에 있어서,
상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 상기 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 상기 제1극성의 프로그램 전압에 응답하여 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제2개수에서 상기 제1개수로 증가하는 전자 장치.
According to claim 1,
The chalcogenide layer includes a first number of electron traps in the youngest in a thermal equilibrium state, and the number of the electron traps in the youngest member decreases to a second number smaller than the first number in response to a program voltage of the second polarity; The electronic device in which the number of the electron traps in the youngest member increases from the second number to the first number in response to the first polarity program voltage.
제1항에 있어서,
상기 칼코게나이드막은 오보닉 임계 스위칭이 가능한 물질을 포함하는 전자 장치.
According to claim 1,
The chalcogenide layer is an electronic device including a material capable of ovonic threshold switching.
제1항에 있어서,
상기 칼코게나이드막은 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)을 포함하고, 상기 문턱전압 조절막은 전이금속들 중 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)과 반응성이 큰 금속을 포함하는 전자 장치.
According to claim 1,
The chalcogenide layer includes tellurium (Te) or selenium (Se), and the threshold voltage control layer includes a metal highly reactive with tellurium (Te) or selenium (Se) among transition metals.
제1항에 있어서,
상기 문턱전압 조절막은 상기 제1극성의 프로그램 전압 및 상기 제2극성의 프로그램 전압에 응답하여 이동가능한 다수의 양성자를 포함하고, 상기 양성자는 수소를 포함하는 전자 장치.
According to claim 1,
The threshold voltage control layer includes a plurality of protons that are movable in response to the program voltage of the first polarity and the program voltage of the second polarity, and the protons include hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 문턱전압 조절막은 상온에서 스퍼터링법을 이용하여 상기 칼코게나이드막과 동일 챔버에서 인시튜로 형성된 것을 포함하는 전자 장치.
According to claim 1,
and wherein the threshold voltage control layer is formed in situ in the same chamber as the chalcogenide layer using a sputtering method at room temperature.
제1항에 있어서,
상기 제1극성의 프로그램 전압은 네거티브 전압이고, 상기 제2극성의 프로그램 전압은 포지티브 전압인 전자 장치.
According to claim 1,
The program voltage of the first polarity is a negative voltage, and the program voltage of the second polarity is a positive voltage.
제1항에 있어서,
상기 제1극성의 프로그램 전압 및 상기 제2극성의 프로그램 전압이 상기 제1도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제1도전라인 사이에 삽입되고,
상기 제1극성의 프로그램 전압 및 상기 제2극성의 프로그램 전압이 상기 제2도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제2도전라인 사이에 삽입되는 전자 장치.
According to claim 1,
When the program voltage of the first polarity and the program voltage of the second polarity are applied to the first conductive line, the threshold voltage control layer is inserted between the chalcogenide layer and the first conductive line,
When the program voltage of the first polarity and the program voltage of the second polarity are applied to the second conductive line, the threshold voltage control layer is inserted between the chalcogenide layer and the second conductive line.
제1항에 있어서,
상기 문턱전압 조절막은 상기 제1도전라인과 상기 칼코게나이드막 사이 및 상기 제2도전라인과 상기 칼코게나이드막 사이에 각각 삽입되는 전자 장치.
According to claim 1,
The threshold voltage control layer is respectively inserted between the first conductive line and the chalcogenide layer and between the second conductive line and the chalcogenide layer.
제1도전라인;
상기 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인; 및
상기 제1도전라인과 상기 제2도전라인 사이에 위치하고, 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 칼코게나이드막과 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고,
상기 메모리셀에 인가되는 프로그램 전압에 응답하여 상기 칼코게나이드막과 상기 문턱전압 조절막 사이에 반응막이 생성 또는 소멸되는 전자 장치.
a first conductive line;
a second conductive line crossing the first conductive line; and
a memory cell positioned between the first conductive line and the second conductive line, in which a chalcogenide layer containing tellurium (Te) or selenium (Se) and at least one threshold voltage control layer are stacked;
An electronic device in which a reactive layer is generated or destroyed between the chalcogenide layer and the threshold voltage control layer in response to a program voltage applied to the memory cell.
제10항에 있어서,
상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 갖고, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 생성되어 상기 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 소멸되어 상기 제2문턱전압에서 상기 제1문턱전압을 갖도록 프로그램되는 전자 장치.
11. The method of claim 10,
The chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, the reaction layer is generated in response to a positive program voltage applied to the memory cell, and is programmed to have a second threshold voltage greater than the first threshold voltage; The electronic device is programmed to have the first threshold voltage from the second threshold voltage by dissipating the reactive layer in response to a negative program voltage applied to the memory cell.
제10항에 있어서,
상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하고, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 생성되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 반응막이 소멸되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제2개수에서 상기 제1개수로 증가하는 전자 장치.
11. The method of claim 10,
The chalcogenide layer includes a first number of electron traps in the youngest member in a thermal equilibrium state, and the number of electron traps in the youngest member is smaller than the first number while the reaction layer is generated in response to a positive program voltage applied to the memory cell. The electronic device decreases to a second number, and increases from the second number to the first number as the reaction layer disappears in response to the negative program voltage applied to the memory cell.
제10항에 있어서,
상기 반응막은 상기 칼코게나이드막의 텔루륨(Te) 또는 셀레늄(Se)과 상기 문턱전압 조절막이 반응하여 생성되는 텔루르화물(telluride) 또는 셀렌화물(selenide)을 포함하는 전자 장치.
11. The method of claim 10,
The reaction layer includes telluride or selenide generated by reacting tellurium (Te) or selenium (Se) of the chalcogenide layer and the threshold voltage control layer.
제10항에 있어서,
상기 문턱전압 조절막은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 하프늄(Hf)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 전자 장치.
11. The method of claim 10,
The threshold voltage control layer includes any one selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).
제10항에 있어서,
상기 프로그램 전압이 상기 제1도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제1도전라인 사이에 삽입되고,
상기 프로그램 전압이 상기 제2도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제2도전라인 사이에 삽입되는 전자 장치.
11. The method of claim 10,
When the program voltage is applied to the first conductive line, the threshold voltage control layer is inserted between the chalcogenide layer and the first conductive line,
When the program voltage is applied to the second conductive line, the threshold voltage control layer is inserted between the chalcogenide layer and the second conductive line.
제1도전라인;
상기 제1도전라인과 교차하는 제2도전라인; 및
상기 제1도전라인과 상기 제2도전라인 사이에 위치하고, 막내 다수의 전자트랩들을 포함하는 칼코게나이드막과 막내 양성자를 포함하는 적어도 하나 이상의 문턱전압 조절막이 적층된 메모리셀을 포함하고,
상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 막내 제1개수의 전자트랩들을 포함하며, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 문턱전압 조절막의 양성자가 상기 칼코게나이드막으로 주입되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제1개수보다 작은 제2개수로 감소하며, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 칼코게나이드막에 주입된 상기 양성자가 상기 문턱전압 조절막으로 주입되면서 막내 상기 전자트랩들의 개수가 상기 제2개수에서 상기 제1개수로 증가하는 전자 장치.
a first conductive line;
a second conductive line crossing the first conductive line; and
A memory cell positioned between the first conductive line and the second conductive line, in which a chalcogenide layer including a plurality of electron traps in a youngest member and at least one threshold voltage control layer including a proton in the youngest are stacked;
The chalcogenide layer includes a first number of electron traps in the youngest in a thermal equilibrium state, and in response to a positive program voltage applied to the memory cell, protons of the threshold voltage control layer are injected into the chalcogenide layer, and the electrons in the youngest The number of traps decreases to a second number smaller than the first number, and the protons injected into the chalcogenide layer in response to a negative program voltage applied to the memory cell are injected into the threshold voltage control layer, An electronic device in which the number of electronic traps increases from the second number to the first number.
제16항에 있어서,
상기 칼코게나이드막은 열평형 상태에서 제1문턱전압을 갖고, 상기 메모리셀에 인가되는 포지티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 양성자 저장막의 모바일 양성자들이 상기 칼코게나이드막으로 주입되면서 상기 제1문턱전압보다 큰 제2문턱전압을 갖도록 프로그램되고, 상기 메모리셀에 인가되는 네거티브 프로그램 전압에 응답하여 상기 칼코게나이드막에 주입된 모바일 양성자들이 상기 양성자 저장막으로 주입되면서 제2문턱전압에서 상기 제1문턱전압을 갖도록 프로그램되는 전자 장치.
17. The method of claim 16,
The chalcogenide layer has a first threshold voltage in a thermal equilibrium state, and the mobile protons of the proton storage layer are injected into the chalcogenide layer in response to a positive program voltage applied to the memory cell, which is greater than the first threshold voltage. The mobile protons programmed to have a second threshold voltage and injected into the chalcogenide layer in response to a negative program voltage applied to the memory cell are injected into the proton storage layer to increase the first threshold voltage from the second threshold voltage. An electronic device programmed to have.
제16항에 있어서,
상기 칼코게나이드막은 오보닉 임계 스위칭이 가능한 물질을 포함하는 전자 장치.
17. The method of claim 16,
The chalcogenide layer is an electronic device including a material capable of ovonic threshold switching.
제16항에 있어서,
상기 양성자는 수소를 포함하고, 상기 문턱전압 조절막은 수소가 함유된 실리콘산화막을 포함하는 전자 장치.
17. The method of claim 16,
The proton includes hydrogen, and the threshold voltage control layer includes a silicon oxide layer containing hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 포지티브 프로그램 전압 및 상기 네거티브 프로그램 전압이 상기 제1도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제1도전라인 사이에 삽입되고,
상기 포지티브 프로그램 전압 및 상기 네거티브 프로그램 전압이 상기 제2도전라인에 인가되는 경우에 상기 문턱전압 조절막은 상기 칼코게나이드막과 상기 제2도전라인 사이에 삽입되는 전자 장치.
According to claim 1,
When the positive program voltage and the negative program voltage are applied to the first conductive line, the threshold voltage control layer is inserted between the chalcogenide layer and the first conductive line;
When the positive program voltage and the negative program voltage are applied to the second conductive line, the threshold voltage control layer is inserted between the chalcogenide layer and the second conductive line.
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