KR20210153275A - Electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
또한, 메모리셀(MC)은 칼코게나이드막(140)이 선택 소자 및 메모리 소자로 동작하기 때문에 고집적화 및 저전력 동작이 가능하다. In addition, since the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
버스 인터페이스(1430)는 코어부(1110), 캐시 메모리부(1120) 및 외부 장치를 연결하여 데이터를 효율적으로 전송할 수 있게 해주는 부분이다.The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 : 메모리셀110: 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)
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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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