KR20220170450A - Three-dimensional stacked and type synapse array-based neuromorphic system and manufacturing method and operating method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일 실시예는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로, 그 제조방법 및 시냅스 어레이 회로의 동작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심층 신경망에 적합하도록 구성되는 3차원 적층 형태의 시냅스 어레이 기반 및 그 기술에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit, a method of manufacturing the same, and a method of operating the synapse array circuit, and more particularly, based on a three-dimensional stacked synapse array configured to be suitable for a deep neural network, and It's about the technology.
폰노이만(von Neumann) 아키텍처를 기반으로 하는 종래의 컴퓨팅 시스템에서는 메모리(memory)와 중앙처리장치(central processing unit)가 분리된 구조에서 동일 한 버스(bus)를 통하여 순차적으로 명령의 전달과 수행이 이루어진다. 폰노이만 아키텍처에서는 데이터를 순차적으로 처리하기 때문에 병렬 연산에 있어 이점을 취하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 생물 신경계의 뉴런(neuron)과 시냅스(synapse)를 모방 하는 뉴로모픽 시스템(neuromorphic system)이 최근 각광받고 있다. 뉴로모픽 시스템은 수많은 뉴런과 시냅스들이 병렬적으로 연결되어 있어 병렬적으로 데이터 연산을 수행할 수 있다. 따라서,전력소모를 획기적으로 낮출 수 있다는 장점이 있으며, 4차 산업혁명의 핵심기술로 주목받는 인공지능을 구현하는 데에도 활용될 수 있다.In a conventional computing system based on the von Neumann architecture, a memory and a central processing unit (CPU) are separated from each other, and commands are transmitted and executed sequentially through the same bus. It is done. In the von Neumann architecture, data is processed sequentially, so it is difficult to take advantage of parallel operation. In order to solve this problem, a neuromorphic system that imitates neurons and synapses of a biological nervous system has recently been in the limelight. Neuromorphic systems can perform data operations in parallel because numerous neurons and synapses are connected in parallel. Therefore, it has the advantage of dramatically lowering power consumption, and can also be used to implement artificial intelligence, which is attracting attention as a core technology of the 4th industrial revolution.
뉴로모픽 시스템을 구현하기 위해서는 뉴런과 시냅스의 동작 방식을 이해하는 것이 필요하다. 뉴런은 크게 수상돌기(dentrite), 축색돌기(axon), 세포체(soma)로 구성된다. 수상돌기는 전 뉴런(presynaptic neuron)으로부터 전달된 신호를 받아들여 세포체로 전달하는 입력 터미널의 역할을 한다. 세포체는 여러 개의 수상돌기들로부터 입력받은 신호를 시공간적으로 합산하여, 임계치(threshold)를 넘어 설 경우 'action potential'이라 불리는 스파이크를 생성하는 역할을 한다. 이 때, 축색돌기는 발생된 스파이크를 후 뉴런(postsynaptic neuron)으로 전달하는 출력 터미널 역할을 한다.In order to implement a neuromorphic system, it is necessary to understand how neurons and synapses work. Neurons are largely composed of dentrite, axon, and soma. Dendrites serve as input terminals that receive signals transmitted from presynaptic neurons and transmit them to the cell body. The cell body plays the role of generating a spike called 'action potential' when a threshold is exceeded by temporally and spatially summing up signals received from several dendrites. At this time, the axon serves as an output terminal that transmits the generated spike to a postsynaptic neuron.
이러한 뉴런의 동작은 일반적으로 CMOS 회로를 통해 구현이 가능하다.The operation of these neurons can generally be implemented through a CMOS circuit.
시냅스는 전 뉴런의 축색돌기와 후 뉴런의 수상돌기 사이의 접합부를 의미하며, 신경전달물질의 분비 및 흡착을 통해 전기적인 신호를 전달하는 역할을 수행한다. 이 때 시냅스가 가지는 연결강도에 따라 전달되는 전기적 신호의 크기가 조정된다. 이러한 연결강도는 시냅스 가중치(synaptic weight)라 불리며, 생물학적 시냅스 가중치는 학습에 의해 변동이 가능하다. 하드웨어적으로 구현 할 경우에는 시냅스 가중치는 통상적으로 컨덕턴스(conductance)를 의미한다. 인간의 기억은 3차원적으로 구성되어 있는 시냅스의 연결 구조와 각 시냅스가 가지고 있는 시냅스 가중치에 의하여 저장되는 것으로 알려져 있으며, 이러한 3차원 뉴런과 시냅스의 연결 구조로부터 다양한 인지 연산이 이루어지는 것으로 알려져 있다.Synapse refers to the junction between the axon of the former neuron and the dendrite of the posterior neuron, and serves to transmit electrical signals through the secretion and adsorption of neurotransmitters. At this time, the size of the transmitted electrical signal is adjusted according to the connection strength of the synapse. Such connection strength is called synaptic weight, and biological synaptic weight can be changed by learning. When implemented in hardware, the synaptic weight usually means conductance. It is known that human memory is stored by the three-dimensional connection structure of synapses and the synaptic weights of each synapse, and it is known that various cognitive operations are performed from this three-dimensional connection structure of neurons and synapses.
시냅스 구조를 반도체 소자를 통해 구현하기 위해 다양한 반도체 소자들이 연구되고 있다. SRAM(Static Random-Access Memory), RRAM(Resistive Random-Access Memory), PCM(Phase-Change Memory), STTMRAM(Spin-Transfer Torque Random-Access Memory), FG Memory(Floating―Gate Memory), CTF Memory(Charge-Trap Flash Memory)와 같은 메모리 소자를 이용하여 시냅스의 동작 특성을 구현 할 수 있다.Various semiconductor devices are being researched in order to implement a synapse structure through a semiconductor device. SRAM (Static Random-Access Memory), RRAM (Resistive Random-Access Memory), PCM (Phase-Change Memory), STTMRAM (Spin-Transfer Torque Random-Access Memory), FG Memory (Floating-Gate Memory), CTF Memory ( The operating characteristics of synapses can be implemented using memory devices such as Charge-Trap Flash Memory).
하지만 현재까지 보고된 소자들은 다음과 같은 단점들을 가지고 있다. 우선 디지털 메모리인 SRAM은 다양한 가중치 값들(multi-level synaptic weight)의 구현이 힘들다. 그리고, 휘발성 메모리이므로 전원이 없을 때는 저장된 가중치 정보가 지워지는 단점을 가지고 있다. 또한, 통상적으로 SRAM 셀은 보통 8개의 트랜지스터로 구현되므로 집적도 측면에서도 불리하다. 그 밖에 RRAM, PCM, STT-RAM은 신뢰성 측면에서 단점을 가지고 있어서, 아직까지 대규모 상용화가 이루어지고 있지 못한 메모리 소자들이다. 반면, CTF 소자의 경우에는 현재 NAND 플래시 메모리에 활용되고 있는 상용화된 기술로써, 다른 메모리 소자에 비하여 신뢰성이 우수한 비휘발성 메모리이다. However, the devices reported so far have the following disadvantages. First of all, it is difficult to implement multi-level synaptic weight in SRAM, which is a digital memory. And, since it is a volatile memory, it has a disadvantage in that stored weight information is erased when there is no power. In addition, since SRAM cells are usually implemented with eight transistors, they are disadvantageous in terms of integration. In addition, RRAM, PCM, and STT-RAM have disadvantages in terms of reliability, and thus are memory devices that have not yet been commercialized on a large scale. On the other hand, the CTF device is a commercialized technology currently used for NAND flash memory, and is a non-volatile memory with excellent reliability compared to other memory devices.
일반적으로 뉴런과 시냅스가 연결된 층(layer)의 개수가 많으면 많을수록 복잡한 인지 연산 수행이 가능한 뉴로모픽 시스템을 구현할 수 있다. 뉴런과 시냅스가 연결된 층이 많은 인공신경망(ANN; Artificial Neural Network)을 심층신경망(DNN; Deep Neural Network)이라 하고, 이를 하드웨어를 통하여 구현하기 위해서는 고집적화가 가능한 시냅스 어레이를 개발하는 것이 필수적이다. In general, as the number of layers in which neurons and synapses are connected increases, a neuromorphic system capable of performing complex cognitive calculations can be implemented. An artificial neural network (ANN) with many layers connected to neurons and synapses is called a deep neural network (DNN), and it is essential to develop a synapse array capable of high integration in order to implement it through hardware.
한국등록특허 10-1686827호는 이러한 인공 신경망의 뉴로모픽 하드웨어 구현 방법에 관한 것으로, 대규모 피드포워드 네트워크에서 희소 연결과 감소된 파라미터를 이용한 인공 신경망 기반 뉴로모픽 하드웨어의 신호 처리기술을 기재하고 있다.Korean Patent Registration No. 10-1686827 relates to a method for implementing neuromorphic hardware of such an artificial neural network, and describes signal processing technology of artificial neural network-based neuromorphic hardware using sparse connections and reduced parameters in a large-scale feed-forward network. .
본 발명의 일 실시예는 CTF 소자를 이용한 심층신경망에 적합한 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로, 그 제조방법 및 시냅스 어레이 회로의 동작방법을 제공한다. An embodiment of the present invention provides a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit suitable for a deep neural network using a CTF device, a manufacturing method thereof, and an operation method of the synaptic array circuit.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로는 복수개의 비트라인(BL; Bit Line), 복수개의 아웃라인(OL; Output Line) 및 복수개의 워드라인(WL; Word Line)을 포함하는 금속배선; 단위 시냅스 소자가 열과 행으로 정렬된 단층 시냅스 어레이가 적층되며, 하나의 출력 선택 라인(OSL;Output Select Line)을 포함하는 3차원 시냅스 어레이; 및 상기 시냅스 어레이 중 동작하는 층을 선택하는 층별 선택회로를 포함하고, 상기 층별 선택회로는 복수개의 시냅스 선택 트랜지스터(SST; Synapse Select Transistor) 및 복수개의 시냅스 선택 라인(SSL; Synapse Select Line)을 포함하는 것을 특징으로 한다. A three-dimensional stacked AND-type synapse array circuit according to the present invention for achieving the above object is a plurality of bit lines (BL; Bit Line), a plurality of outline lines (OL; Output Line), and a plurality of word lines (WL; Word). Line) including metal wiring; A three-dimensional synapse array including a single output select line (OSL; Output Select Line) in which a monolayer synapse array in which unit synaptic elements are arranged in columns and rows is stacked; and a layer-by-layer selection circuit for selecting an operating layer from among the synapse array, wherein the layer-by-layer selection circuit includes a plurality of synapse select transistors (SST) and a plurality of synapse select lines (SSL). It is characterized by doing.
일 실시예에서, 상기 단위 시냅스 소자는 2개의 CTF 메모리 소자를 포함하고, 상기 2개의 CTF(Charge-Trap Flash) 메모리 소자는 시냅스 선택 트랜지스터(SST)를 통하여 비트라인에 연결되는 드레인, 출력 선택 트랜지스터(OST; Output Select Transistor)를 통하여 아웃라인에 연결되는 소스, 워드라인에 연결되는 게이트를 포함하고, 상기 2개의 CTF(Charge-Trap Flash) 메모리 소자는 동일한 워드라인을 공유하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the unit synaptic element includes two CTF memory elements, and the two CTF (Charge-Trap Flash) memory elements drain connected to a bit line through a synaptic selection transistor (SST), and an output selection transistor. It includes a source connected to an outline and a gate connected to a word line through an Output Select Transistor (OST), and the two CTF (Charge-Trap Flash) memory devices share the same word line.
일 실시예에서, 상기 복수의 시냅스 선택 라인(SSL)은 시냅스 어레이의 각 층에 비트라인 입력 전압을 인가하기 위하여 시냅스 어레이 채널 적층 수만큼의 시냅스 선택 라인을 포함하고, 적층되는 복수개의 출력 선택 트랜지스터는 하나의 출력 선택 라인(OSL)에 연결되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the plurality of synapse selection lines (SSL) includes as many synapse selection lines as the number of stacked synapse array channels in order to apply a bit line input voltage to each layer of the synapse array, and a plurality of stacked output selection transistors. Is characterized in that connected to one output selection line (OSL).
일 실시예에서, 상기 시냅스 선택 트랜지스터는 상기 시냅스 선택 라인(SSL)과 연결된 게이트 상기 비트라인 입력 전압이 입력되는 드레인, 시냅스 어레이의 각 층과 연결된 소스를 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the synapse select transistor may include a gate connected to the synapse select line SSL, a drain to which the bit line input voltage is input, and a source connected to each layer of the synapse array.
일 실시예에서, 상기 3차원 시냅스 어레이는 채널 역할을 하는 다결정 실리콘과 각 층의 시냅스 소자를 분리하기 위한 실리콘 산화물이 교대로 적층되고, 적층된 다결정 실리콘과 실리콘 산화물을 감싸는 게이트와 게이트 유전체를 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the three-dimensional synaptic array includes a gate and a gate dielectric in which polycrystalline silicon serving as a channel and silicon oxide for separating synaptic elements of each layer are alternately stacked, and the stacked polycrystalline silicon and silicon oxide are wrapped around the gate. It is characterized by doing.
일 실시예에서, 상기 3차원 시냅스 어레이는 상단에서 상기 금속 배선이 연결되고, 동일 블럭의 CTF 메모리 소자의 소스와 드레인은 각각 LSL(Local Source Line) 및 LDL(Local Drain Line)을 공유하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the metal wiring is connected at the top of the three-dimensional synapse array, and the source and drain of the CTF memory device of the same block share a local source line (LSL) and a local drain line (LDL), respectively. to be
일 실시예에서, 상기 CTF 메모리 소자는 FN(Fowler-Nordheim) 터널링에 의해 컨덕턴스를 변경시키는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the CTF memory device is characterized in that conductance is changed by Fowler-Nordheim (FN) tunneling.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 제조 방법은, 층별 선택회로 영역과 시냅스 어레이 영역을 포함하는 기판 상에 실리콘 산화물과 채널 역할을 하는 다결정 실리콘을 교대로 증착시키고 최상단에는 실리콘 질화물을 증착시키는 단계; 상기 층별 선택회로 영역을 식각하고 CMOS 공정을 이용하여 층별 선택회로를 형성하는 단계; 상기 시냅스 어레이 영역에 포토리소그래피 및 건식 식각(dry etch)을 수행하여 채널 형성 트랜치를 형성하는 단계; 형성된 채널 형성 트랜치에 게이트 유전체 층을 형성하고, N+ 도핑된 다결정 실리콘을 증착하고, 건식 식각하여 게이트를 형성하고, 이온을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 단계; 갭 필 공정 또는 화학기상증착법을 이용하여 절연막(ILD)을 형성한 후, 포토리소그래피 및 건식 식각(dry etch)을 수행하여 시냅스 어레이를 블록별로 분리하는 단계;상기 다결정 실리콘을 선택적으로 습식 식각(wet etch)한 후, 시냅스 어레이 전면에 금속 증착 공정을 수행하여, 소스와 드레인의 도핑된 영역에 금속 컨택을 형성하는 단계; 증착된 금속 층을 등방성 식각을 수행하여 층 별로 분리하는 단계; 실리콘 산화물로 갭을 메워 평탄화를 진행하는 단계; 및 상기 층별 선택회로 영역과 시냅스 어레이 영역 사이에, 층별 선택회로 연결을 위한 계단형 구조를 형성하고, 층별 선택회로의 금속 배선 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method for manufacturing a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit according to an embodiment of the present invention is to alternately deposit silicon oxide and polycrystalline silicon serving as a channel on a substrate including a layer-by-layer selection circuit region and a synaptic array region, and alternately deposit the uppermost layer. depositing silicon nitride; etching the layer-by-layer selection circuit region and forming layer-by-layer selection circuits using a CMOS process; forming a channel formation trench by performing photolithography and dry etching on the synapse array region; forming a gate dielectric layer in the formed channel formation trench, depositing N+ doped polycrystalline silicon, dry etching to form a gate, and doping with ions to form a source and a drain; After forming an insulating film (ILD) using a gap fill process or chemical vapor deposition, separating the synapse array into blocks by performing photolithography and dry etching; selectively wet etching the polycrystalline silicon etch), and then performing a metal deposition process on the entire surface of the synapse array to form metal contacts in the doped regions of the source and drain; Separating the deposited metal layer layer by layer by performing isotropic etching; performing planarization by filling the gap with silicon oxide; and forming a stepped structure for connecting layer-by-layer selection circuits between the layer-by-layer selection circuit region and the synapse array region, and performing a metal wiring process of the layer-by-layer selection circuit.
일 실시예에서, 상기 분리하는 단계는 상기 블록의 양 단의 트랜지스터를 시냅스 선택 트랜지스터와 출력 선택 트랜지스터로서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the separating may include separating transistors at both ends of the block as a synaptic selection transistor and an output selection transistor.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 동작 방법으로서, 시냅스 선택 라인에 전압을 인가하여 시냅스 어레이의 동작층을 선택하고, 각 비트라인, 워드라인, 아웃라인에 전압을 인가함으로써, 선택된 층의 특정 셀을 선택하여, 상기 특정 시냅스 셀을 읽거나, 상기 특정 메모리 셀에 FN 터널링 방식으로 프로그램하고, 상기 전압 조건을 바꾸어 FN 터널링 방식으로 특정 시냅스 셀을 소거하는 것을 특징으로 한다. As a method of operating a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit according to an embodiment of the present invention, a voltage is applied to a synaptic selection line to select an operating layer of the synaptic array, and a voltage is applied to each bit line, word line, and outline line. By applying, selecting a specific cell of the selected layer, reading the specific synaptic cell, or programming the specific memory cell in the FN tunneling method, and erasing the specific synaptic cell in the FN tunneling method by changing the voltage condition. do.
일 실시예에서, FN 프로그램 동작 시 비 선택된 비트라인들을 VCC,BL 전압으로 프리차징하여 플로팅(floating) 상태로 만든 후, 비 선택된 워드라인들에 FN 프로그램이 되지 않을 전압 VPGM,PASS 을 인가하여 비 선택 BL들의 전압을 부스팅(boosting)하여, 비 선택 시냅스 셀들의 프로그램 방지를 수행하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, during an FN program operation, after precharging unselected bit lines with a voltage of V CC,BL to put them in a floating state, a voltage V PGM,PASS that is not to be FN programmed is applied to unselected word lines. It is characterized in that program prevention of non-selected synaptic cells is performed by boosting the voltage of non-selected BLs.
일 실시예에서, 비 선택된 비트라인에 FN 프로그램이 되지 않을 전압 VPGM,PASS를 인가하여, 비 선택 시냅스 셀들의 프로그램 방지를 수행하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, it is characterized in that the program prevention of unselected synaptic cells is performed by applying a voltage V PGM,PASS to which FN programming is not performed to the unselected bit line.
일 실시예에서, 비 선택된 비트라인들에 VERS,PASS 전압을 인가하고, 선택된 워드라인에 VERS전압을 인가하여, 소거 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, an erase operation is performed by applying a V ERS,PASS voltage to non-selected bit lines and applying a V ERS voltage to a selected word line.
본 발명에 따르면, 심층 신경망에 적합한 3차원 적층 형태의 AND형 시냅스 어레이의 구조를 통해 NOR형 어레이보다 낮은 전력 소모 및 높은 집적도를 가질 수 있다. According to the present invention, it is possible to have lower power consumption and higher degree of integration than a NOR-type array through the structure of a three-dimensionally stacked AND-type synapse array suitable for a deep neural network.
도 1은 종래의 CTF 메모리 소자 기반의 AND형 시냅스 어레이의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 시냅스 어레이의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 기반의 뉴로모픽 시스템의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 층별 선택회로와 시냅스 어레이 연결 부를 확대한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 수 증가에 따른 시스템의 면적 변화도를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 7p는 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이의 제조 방법을 나타낸다.1 schematically shows the structure of a conventional AND-type synaptic array based on a CTF memory device.
Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of a three-dimensional stacked AND type synaptic array circuit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 schematically shows the structure of a three-dimensional stacked synapse array according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically showing the structure of a neuromorphic system based on a three-dimensional stacked AND-type synaptic array according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged plan view of a layer-by-layer selection circuit and a synapse array connection unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a change in area of a system according to an increase in the number of layers according to an embodiment of the present invention.
7a to 7p show a method for manufacturing a three-dimensional stacked AND-type synaptic array according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes a combination of a plurality of related items or any one of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It should be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. something to do. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification and claims, when a part includes a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.
아래의 실시예에서는 시냅스를 구현하기 위하여 CTF(Charge-Trap Flash) 소자를 기반으로 하여 시냅스 소자를 구현하고자 한다.In the following embodiment, a synaptic device is implemented based on a CTF (Charge-Trap Flash) device in order to implement a synapse.
도 1은 종래의 CTF 메모리 소자 기반의 2차원 AND형 시냅스 어레이의 구조를 개략적으로 나타낸다.1 schematically shows the structure of a two-dimensional AND-type synaptic array based on a conventional CTF memory device.
도 1을 참조하면, 2차원 AND형 시냅스 어레이는 복수개의 시냅스 셀이 열과 행으로 배열되어 있다. Referring to Figure 1, the two-dimensional AND-type synaptic array has a plurality of synaptic cells are arranged in columns and rows.
시냅스 셀(Synapse cell)은 흥분(excitatory)을 담당하는 CTF 소자와 억제(inhibitory)를 담당하는 CTF 소자의 쌍으로 이루어질 수 있다. 이 쌍을 이루는 두개의 CTF 소자는 분리되어 각각의 블록에서 CTF 소자의 드레인은 LDL과 소스는 LSL과 연결된다. 각 블록 내의 CTF 소자들은 LDL과 LSL을 공유한다. A synapse cell may be composed of a pair of a CTF element responsible for excitation and a CTF element responsible for inhibition. The two CTF elements constituting this pair are separated, and in each block, the drain of the CTF element is connected to LDL and the source to LSL. CTF elements in each block share LDL and LSL.
2차원 AND형 시냅스 어레이의 동일 열에 배치되어 드레인과 소스가 동일한 비트라인과 동일한 아웃라인에 연결되어 있는 트랜지스터들을 시냅스 어레이 블록이라 한다. 즉, 시냅스 어레이 블록에 포함되는 트랜지스터들은 비트라인과 아웃라인을 공유한다. Transistors arranged in the same column of the two-dimensional AND-type synapse array and having drains and sources connected to the same bit line and the same outline are called synapse array blocks. That is, transistors included in the synapse array block share a bit line and an outline.
시냅스 어레이 블록의 양 단에는 어레이 동작 수행에 필요한 시냅스 선택 트랜지스터(SST)와 출력 선택 트랜지스터(OST)가 배치된다. 시냅스 선택 트랜지스터(SST)의 게이트는 시냅스 선택 라인(SSL)과 연결되고, 출력 선택 트랜지스터(OST)의 게이트는 출력 선택 라인(OSL)과 연결된다. A synapse select transistor (SST) and an output select transistor (OST) necessary for performing an array operation are disposed at both ends of the synapse array block. A gate of the synapse select transistor SST is connected to the synapse select line SSL, and a gate of the output select transistor OST is connected to the output select line OSL.
CTF 메모리 소자로 뉴로모픽 시스템을 구현하는 경우, 주로 크로스바(crossbar) 어레이를 활용한 NOR형 어레이가 주로 사용되어 왔다. 그러나 크로스바 어레이가 갖는 구조적 한계로 인하여 HCI(Hot Carrier injection)을 이용하여 CTF 메모리 소자의 컨덕턴스를 조절해 많은 에너지가 소모된다. 이를 해결하기 위하여 도 1과 같은 AND형 어레이를 활용할 수 있다. AND형 어레이에서 CTF 메모리 소자의 컨덕턴스를 변경시킬 때 FN 터널링을 이용한다. FN 터널링을 통하여 CTF 메모리 소자의 컨덕터를 변경시킬 경우, HCI에 비하여 컨덕턴스 조절에 소모되는 에너지가 감소된다. 이로 인하여 AND형 어레이를 기반으로 하는 뉴로모픽 시스템은 NOR형 어레이를 기반으로 하는 뉴로모픽 시스템에 비하여 높은 전력 효율을 갖는다. In the case of implementing a neuromorphic system with a CTF memory device, a NOR type array using a crossbar array has been mainly used. However, due to the structural limitations of the crossbar array, a large amount of energy is consumed by adjusting the conductance of the CTF memory device using hot carrier injection (HCI). To solve this problem, an AND-type array as shown in FIG. 1 may be utilized. When changing the conductance of a CTF memory device in an AND type array, FN tunneling is used. When the conductor of the CTF memory device is changed through FN tunneling, energy consumed for conductance control is reduced compared to HCI. As a result, the neuromorphic system based on the AND type array has higher power efficiency than the neuromorphic system based on the NOR type array.
심층신경망을 뉴로모픽 시스템을 통하여 구현할 경우, 심층신경망의 각 레이어를 구성하는 시냅스의 시냅스 가중치를 구현하기 위하여 더 많은 시냅스 셀을 요구한다. 단층 시냅스 어레이를 통하여 이를 구현할 경우, 시냅스 어레이의 낮은 집적도로 인하여 심층신경망 구현에 많은 면적을 필요로 한다. 이러한 시냅스 어레이의 물리적인 면적 증가를 최소화하면서 심층신경망을 구현하기 위하여 높은 집적도를 갖는 시냅스 어레이가 요구된다. When a deep neural network is implemented through a neuromorphic system, more synaptic cells are required to implement synaptic weights of synapses constituting each layer of the deep neural network. When implemented through a single-layer synapse array, a large area is required to implement a deep neural network due to the low integration of the synapse array. In order to implement a deep neural network while minimizing an increase in the physical area of such a synapse array, a highly integrated synapse array is required.
이러한 요구에 부합하여, 본 발명의 실시예들은 3차원 적층 형태의 AND형 시냅스 어레이의 구조를 통해 전체적인 시스템의 집적도를 향상시키며 낮은 전력 소모를 가질 수 있다.In response to this demand, embodiments of the present invention can improve the integration of the overall system and have low power consumption through the structure of a three-dimensionally stacked AND-type synaptic array.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of a three-dimensional stacked AND type synaptic array circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로는 금속배선, 3차원 시냅스 어레이(100a), 및 층별 선택회로(200a)를 포함할 수 있다. 여기서, 금속배선은 복수개의 비트라인(BL), 복수개의 아웃라인(OL) 및 복수개의 워드라인(WL)을 포함한다. 또한, 금속배선은 출력 선택 라인(OSL)과 시냅스 선택 라인(SSL)을 더 포함한다. 복수개의 비트라인(BL)과 복수개의 아웃라인(OL)은 평행하게 배열되고, 워드라인(WL)은 비트라인(BL)과 수직하게 배열된다. As shown in FIG. 2 , the 3D stacked AND-type synapse array circuit may include a metal wire, a
3차원 시냅스 어레이(100)는 열과 행으로 정렬된 단위 시냅스 소자 및 일단에 출력 선택 트랜지스터를 포함하는 단층 시냅스 어레이가 적층되어 형성된다. The three-
층별 선택회로(200)는 복수개의 시냅스 선택 트랜지스터(SST)로 형성되며, 3차원 시냅스 어레이(100)의 각 층에 대응하는 시냅스 선택 트랜지스터(SST)에 의해 상기 3차원 시냅스 어레이 중 동작하는 층을 선택한다. The layer-by-
3차원 시냅스 어레이(100)를 형성하는 단위 시냅스 셀(110)은 2개의 CTF 메모리 소자로 구성되며, 적층 시냅스 어레이 회로는 AND형 어레이를 기반으로 한다. A unit
2개의 CTF 메모리 소자들은 각각 흥분(excitatory) 기능과 억제(inhibitory) 기능을 수행한다. The two CTF memory elements each perform an excitatory function and an inhibitory function.
다시 말하면, 2개의 CTF 메모리 소자를 갖는 하나의 시냅스 셀을 단위 시냅스 소자(110)라 한다. 즉, 단위 시냅스 소자를 배열하여 단층 시냅스 어레이를 형성하고, 단층 시냅스 어레이를 3차원으로 적층시켜 3차원 시냅스 어레이(100)를 형성한다.In other words, one synaptic cell having two CTF memory elements is referred to as a unit
단위 시냅스 소자(110)는 제1 CTF 메모리 소자(111)와 제2 CTF 메모리 소자(112)를 포함한다. 각각의 CTF 메모리 소자는 소스(source), 드레인(drain), 게이트(gate)를 가지고 있다. 제1 CTF 메모리 소자(111)는 G+ 컨덕턴스를 가지며, 제1 CTF 메모리 소자(111)의 드레인은 시냅스 선택 트랜지스터(SST)를 통하여 비트라인(BL)(+)와 연결되고, 제1 CTF 메모리 소자(111)의 소스는 출력 선택 트랜지스터(OST)를 통하여 아웃라인(OL)(+)와 연결된다. 제2 CTF 메모리 소자(112)는 G- 컨덕턴스를 가지며, 제2 CTF 메모리 소자(112)의 드레인은 시냅스 선택 트랜지스터(SST)를 통하여 비트라인(BL)(-)와 연결되며, 제2 CTF 메모리 소자(112)의 소스는 선택 트랜지스터(OST)를 통하여 OL(Output Line)(-)와 연결된다. 제1 CTF 메모리 소자(111)의 게이트와 제2 CTF 메모리 소자(112)의 게이트는 동일한 워드라인(WL)에 연결된다.The unit
단위 시냅스 소자(110)에서 소스는 축색돌기(axon) 역할을 하고, 드레인은 수상돌기(dendrite) 역할을 한다. 드레인 2개는 각각 양의 수상돌기와 음의 수상돌기이다. 양의 수상돌기는 시냅스 소자의 흥분 기능을 수행하고 음의 수상돌기는 시냅스 소자의 억제 기능을 수행할 수 있다.In the unit
시냅스 소자의 가중치(synaptic weight)는 시냅스 소자의 연결 강도를 나타낸다. 시냅스 소자의 가중치는 전하 저장층 영역에 전자 또는 정공을 주입하여 컨덕턴스(conductance)를 조절함에 따라 조절되며, 학습 동작은 출력 에러를 감소시키는 방향으로 각 시냅스 소자의 가중치가 조정될 수 있다.The synaptic weight of the synaptic element indicates the connection strength of the synaptic element. The weight of the synaptic element is adjusted by injecting electrons or holes into the charge storage layer region to adjust the conductance, and the learning operation may adjust the weight of each synaptic element in a direction to reduce an output error.
보다 구체적으로 각각의 단위 시냅스 소자(110)가 가지는 컨덕턴스를 G+, G-라고 하면,단위 시냅스 소자(110)의 시냅스 가중치(synaptic weight)는 ω = G+ - G- 로 표현될 수 있다. 이 때,두 컨덕턴스의 뺄셈연산은 출력 뉴런(output neuron)에서 수행이 되며,이를 통하여 인공 신경망에서 음의 부호를 갖는 시냅스 가중치 표현이 가능하게 된다. More specifically, when the conductances of each unit
층별 선택회로(200)의 시냅스 선택 트랜지스터의 게이트들은 시냅스 어레이의 각 층에 대응되는 시냅스 선택 라인(SSL)에 연결되는 반면, 아웃라인(OL)은 블록들을 층 구분없이 연결된다. The gates of the synapse selection transistors of the layer-by-
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 시냅스 어레이의 구조를 개략적으로 나타낸다.Figure 3 schematically shows the structure of a three-dimensional stacked synapse array according to an embodiment of the present invention.
상기 3차원 시냅스 어레이는 각각의 단위 시냅스 소자(110)들의 채널이 수직으로 적층된 3차원 형상으로, 채널 역할을 하는 다결정 실리콘과 각 층의 시냅스 소자를 분리하기 위한 실리콘 산화물이 교대로 적층되는 구조이다. The three-dimensional synaptic array has a three-dimensional shape in which channels of each unit
게이트와 게이트 유전체(gate dielectrics)는 적층된 실리콘 산화물과 다결정 실리콘을 감싸는 형태로 형성된다. 층별 선택회로(200a)와 시냅스 어레이 영역(100a)의 연결부분은 계단형 구조로 형성된다. 시냅스 어레이의 상단에서 워드라인(WL), 출력 선택 라인(OSL), 아웃라인(OL) 금속 배선이 연결된다. 그리고 블록에 존재하는 CTF 소자의 소스 및 드레인은 각각 LSL 및 LDL을 통하여 공유된다. The gate and gate dielectrics are formed around stacked silicon oxide and polycrystalline silicon. A connection portion between the layer-by-
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 기반의 뉴로모픽 시스템의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.4 is a diagram schematically showing the structure of a neuromorphic system based on a three-dimensional stacked AND-type synaptic array according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 기반의 뉴로모픽 시스템은 3차원으로 적층된 AND형 시냅스 어레이(100), 비트라인 제어회로(300), 출력 뉴런(400), 입력 디코더(input decoder)(500) 및 레이어 디코더(layer decoder)(600)를 포함할 수 있다. 즉, 여기서, 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이(100)는 3차원으로 적층되어 비트라인 제어회로(300) 및 출력 뉴런(400)를 서로 공유하는 복수의 시냅스 소자들로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 4 , a neuromorphic system based on a three-dimensionally stacked AND-type synapse array according to an embodiment includes a three-dimensionally stacked AND-
비트라인 제어회로(300)는 층별 선택회로(200)를 통해 시냅스 어레이의 LDL과 연결된다. 비트라인 제어회로(300)는 3차원으로 적층된 AND형 시냅스 어레이(100)가 서로 공유한다. 비트라인 제어회로(300)는 선택된 층에 해당하는 복수의 시냅스 소자들의 각각의 드레인에 학습 및 추론동작을 위한 전압을 인가한다. The bit
출력 뉴런(400)는 출력 선택 트랜지스터(OST)를 통해 시냅스 어레이의 LSL과 연결된다. 출력 뉴런(400)는 선택된 층에 해당하는 복수의 시냅스 소자들의 각각의 각각의 소스에 연결되어, 학습 및 추론동작시의 출력 신호(전압 또는 전류)를 받아들여, 처리한다. The
출력 선택 트랜지스터(OST)는 출력 선택 트랜지스터(OST) Cut을 통하여 시냅스 셀 블록과 분리되어 구성된다. The output selection transistor (OST) is configured to be separated from the synaptic cell block through the output selection transistor (OST) Cut.
입력 디코더(500)는 시냅스 어레이의 워드라인(WL) 및 출력 선택 라인(OSL) 과 연결되어 뉴로모픽 시스템의 학습 및 추론 동작을 수행할 때 요구되는 동작 전압을 출력 선택 라인(OSL) 및 워드라인(WL)을 통해 시냅스 어레이에 입력한다. The
레이어 디코더(layer decoder)(600)는 시냅스 어레이(100)의 선택된 층을 선택적으로 동작시킨다. 레이어 디코더(layer decoder)(600)는 층별 동작에 필요한 전압을 선택된 층의 시냅스 선택 라인(SSL)에 입력한다. 선택된 층에 입력되는 SSL에 따라 비트라인 제어회로(300)로부터 입력되는 BL 전압들이 시냅스 어레이(100)로 입력된다.The layer decoder (layer decoder) 600 selectively operates the selected layer of the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 층별 선택회로와 시냅스 어레이 연결 부를 확대한 평면도이다. 5 is an enlarged plan view of a layer-by-layer selection circuit and a synapse array connection unit according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 층별 선택회로(도 4의 200)는 시냅스 어레이(도 4의 100)의 각 층에 BL 입력 전압을 선택적으로 인가하기 위하여 시냅스 선택 트랜지스터(SST)가 시냅스 어레이 채널 적층 수만큼 구성되어 있다. 도 5에서 시냅스 어레이 채널은 3층으로 형성되어 있으므로, 시냅스 선택 트랜지스터(SST)의 수는 3개이다. 이 때, 시냅스 선택 트랜지스터(SST)들은 BL 방향으로 배치되므로, 시냅스 어레이(100)의 면적에 영향을 미치지 않는다. 즉, 시냅스 어레이 채널 적층 수가 증가하더라도, 증가한 적층의 수만큼 BL 말단에 시냅스 선택 트랜지스터(SST)를 추가하여 층별 동작을 수행 할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the layer-by-layer selection circuit (200 in FIG. 4), in order to selectively apply a BL input voltage to each layer of the synapse array (100 in FIG. Consists of. In FIG. 5, since the synaptic array channel is formed in three layers, the number of synaptic selection transistors (SST) is three. At this time, since the synapse selection transistors SST are disposed in the BL direction, the area of the
이 때, 시냅스 선택 트랜지스터(SST)의 드레인들은 비트라인 제어회로(300)의 BL과 연결되고, 시냅스 선택 트랜지스터(SST)의 소스들은 각각 시냅스 어레이(100) 각 층의 LDL과 연결되며, 시냅스 선택 트랜지스터(SST)의 게이트들은 레이어 디코더(600)의 SSL들과 연결된다. At this time, the drains of the synaptic selection transistor (SST) are connected to the BL of the bit
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 수 증가에 따른 시스템의 면적 변화도를 나타낸 도면이다. 6 is a diagram showing a change in area of a system according to an increase in the number of layers according to an embodiment of the present invention.
도 6의 (a)는 3층이 적층된 시냅스 어레이를 도시한 평면도이고, 도 6의 (b)는 5층이 적층된 시냅스 어레이를 도시한 평면도이다. 도 6의 (a)와 도 6의 (b)를 참조하면, 시냅스 어레이의 적층수가 3층에서 5층으로 증가하는 경우, 시냅스 선택 트랜지스터(SST)도 3개에서 5개로 2개가 추가하여야 한다. 추가되는 시냅스 선택 트랜지스터(SST)로 인하여 층별 선택회로의 면적은 증가한다. 이에 반하여 적층수가 증가되더라도 시냅스 어레이의 소자 간 간격을 일정하여 시냅스 어레이 영역의 면적은 유지됨을 알 수 있다. 이와 같이 층별 선택회로를 통하여 적층수 증가에 따른 시냅스 어레이 영역의 면적 증가를 최소화한다. Figure 6 (a) is a plan view showing a three-layer stacked synapse array, Figure 6 (b) is a plan view showing a five-layer stacked synapse array. Referring to FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b), when the number of layers of the synapse array increases from 3 to 5, 2 synapse selection transistors (SSTs) should also be added from 3 to 5. Due to the added synaptic selection transistor (SST), the area of the selection circuit for each layer is increased. On the contrary, it can be seen that even if the number of layers is increased, the area of the synaptic array region is maintained because the spacing between elements of the synaptic array is constant. In this way, an increase in the area of the synapse array region due to an increase in the number of layers is minimized through the layer-by-layer selection circuit.
도 5에 예시된 시냅스 어레이의 층별 동작할 때 요구되는 동작 전압은 아래 표 1과 같다. Operating voltages required for layer-by-layer operation of the synapse array illustrated in FIG. 5 are shown in Table 1 below.
표 1을 참조하면, 레이어 디코더(600)는 동작을 원하는 시냅스 어레이 층과 연결된 SSL에 VSSL를 인가하고, 나머지 SSL에 0V를 인가한다. Referring to Table 1, the
예를 들어, 1층의 시냅스 어레이(100) 만을 동작시키기 위하여, 시냅스 어레이(100) 1층의 LDL과 연결되는 시냅스 선택 트랜지스터(SST)의 게이트에 SSL1 전압 VSSL를 인가하고, 시냅스 어레이(100) 2층 및 3층 LDL과 연결되는 시냅스 선택 트랜지스터(SST)의 게이트에 SSL2 및 SSL3 전압 0V를 인가한다.For example, in order to operate only the
한편, 인공신경망을 구현하는 뉴로모픽 시스템의 동작은 크게 학습(learning)과 추론(inference)로 나눌 수 있다. 학습은 일종의 프로그램 동작으로 올바른 출력 값을 얻기 위하여,시냅스 어레이의 각 소자의 시냅스 가중치를 조절하는 과정이다. 추론은 일종의 읽기 동작으로 주어진 입력에 대하여 출력값을 확인 하는 과정이다. Meanwhile, the operation of a neuromorphic system implementing an artificial neural network can be largely divided into learning and inference. Learning is a process of adjusting the synaptic weight of each element of the synaptic array in order to obtain the correct output value as a kind of program operation. Inference is a kind of reading operation, which is the process of checking the output value for a given input.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 시냅스 어레이의 학습 및 추론 동작방법을 설명한다. Next, a learning and reasoning operation method of a three-dimensional stacked synaptic array according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저 학습 동작을 위하여 AND형 시냅스 어레이를 기반으로 뉴로모픽 시스템을 구성하였기 때문에 CTF 시냅스 소자의 컨덕턴스는 FN 터널링을 통하여 조절할 수 있다. First, since the neuromorphic system was constructed based on the AND-type synaptic array for the learning operation, the conductance of the CTF synaptic device can be controlled through FN tunneling.
표 2은 도 2에서 선택된 시냅스 소자의 학습 및 추론 동작을 위한 전압 구성을 나타낸 것이다.Table 2 shows the voltage configuration for the learning and reasoning operation of the synaptic device selected in FIG.
FN 프로그램을 통하여 시냅스 셀의 시냅스 가중치 변화를 수행할 때 프로그램 방지(program inhibition) 수행 방식에 따라 표 2의 FN 프로그램 (a)와 FN 프로그램 (b)가 구분된다. FN 프로그램 (a)는 FN 프로그램 동작 시 비 선택(선택되지 않은) BL들을 VCC,BL 전압으로 프리차징하여 LDL을 플로팅상태로 만든 후, 비 선택 WL들에 FN 프로그램이 되지 않을 정도의 높은 전압 VPGM,PASS을 인가한다. 이를 통하여 비 선택 LDL들의 전압을 부스팅하여 프로그램 방지를 수행한다. 반면 FN 프로그램 (b)는 FN 프로그램 (a)와 달리 비 선택 BL들에 FN 프로그램이 되지 않을 정도의 높은 전압 VPGM,PASS를 인가한다. 이를 통하여 비 선택 시냅스 셀들의 프로그램 방지를 수행한다. When the synaptic weight change of the synaptic cell is performed through the FN program, the FN program (a) and the FN program (b) in Table 2 are classified according to the program inhibition method. FN program (a) precharges non-selected (unselected) BLs with V CC,BL voltage during FN program operation to put LDL in a floating state, and then uses a voltage high enough to prevent FN programming on non-selected WLs. Apply V PGM,PASS . Through this, program prevention is performed by boosting the voltages of non-selected LDLs. On the other hand, FN program (b), unlike FN program (a), applies a high voltage V PGM,PASS to non-selected BLs to prevent FN program. Through this, program prevention of non-selected synaptic cells is performed.
FN 소거를 통하여 시냅스 셀의 시냅스 가중치 변화를 수행할 경우 표 2의 FN 소거를 참고하여 전압을 인가한다. 예컨대 선택 WL VERS 및 비 선택 BL VERS,PASS 전압은 -14 V 및 -7 V와 같은 음의 전압이 인가된다. 비 선택 WL 및 선택 BL 전압은 0V이다. When changing the synaptic weight of a synaptic cell through FN cancellation, a voltage is applied with reference to FN cancellation in Table 2. For example, for selected WL V ERS and non-selected BL V ERS, negative voltages such as -14 V and -7 V are applied as PASS voltages. The unselected WL and selected BL voltages are 0V.
종래의 기판 전극이 존재하는 NMOS(N-channel metal oxide semiconductor) 기반의 평판형 CTF 소자는 기판 전압보다 소스 또는 드레인에 낮은 전압이 인가될 시 기판과 드레인에 인가되는 전압으로 인하여 PN 순방향 바이어스가 형성되어 사용할 수 없다. In the conventional NMOS (N-channel metal oxide semiconductor) based planar CTF device with a substrate electrode, when a voltage lower than the substrate voltage is applied to the source or drain, a PN forward bias is formed due to the voltage applied to the substrate and drain. and cannot be used
반면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 CTF 시냅스 어레이 소자는 3차원 적층 구조로 기판 전극이 없는 플로팅 바디 소자이기 때문에 이와 같은 PN 순방향 바이어스가 형성되지 않는다. 따라서 표 2에서 제안한 FN 소거 동작 전압을 통하여 개별적인 CTF 소자의 소거가 가능하다. 비 선택 시냅스 셀의 소거 방지(erase inhibition)를 수행하기 위하여 비 선택 WL들에 0V를 인가하고, 비 선택 BL들에 VERS,PASS를 인가한다. 이를 통하여 원하는 시냅스 셀의 선택적 FN 소거 동작 수행이 가능하다.On the other hand, since the CTF synaptic array device according to an embodiment of the present invention is a floating body device without a substrate electrode in a three-dimensional stacked structure, such a PN forward bias is not formed. Therefore, it is possible to erase individual CTF elements through the FN erase operation voltage proposed in Table 2. To perform erasure inhibition of non-selected synaptic cells, 0 V is applied to non-selected WLs and V ERS,PASS is applied to non-selected BLs. Through this, it is possible to perform a selective FN erasure operation of a desired synaptic cell.
시냅스 셀의 시냅스 가중치를 변경시키는 방법은 potentiation 및 depression이 있다. Methods for changing the synaptic weight of a synaptic cell include potentiation and depression.
Potentiation 동작은 시냅스 셀의 시냅스 가중치를 증가시키는 것을 의미하고, depression 은 시냅스 셀의 시냅스 가중치를 감소시키는 것을 의미한다. 시냅스 셀의 potentiation 및 depression을 수행할 때 FN 프로그램 또는 FN 소거만 사용하는 방식과 두가지 모두를 사용하는 방식이 있다. Potentiation means to increase the synaptic weight of a synaptic cell, and depression means to decrease the synaptic weight of a synaptic cell. When potentiation and depression of synaptic cells are performed, there is a method using only FN programming or FN extinction, or a method using both.
FN 프로그램 또는 FN 소거 동작 만을 사용하여 potentiation 및 depression 을 수행하는 방법은 다음과 같다. The method of performing potentiation and depression using only FN program or FN erase operation is as follows.
NMOS 기반의 CTF 소자를 이용할 경우, FN 프로그램 시 문턱전압이 증가하게 되고 컨덕턴스는 감소한다. 따라서 시냅스 셀의 potentiation 동작을 위해서는 다음의 2가지 방식이 사용 될 수 있다. 첫 번째, G- 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 프로그램 펄스를 인가하는 방식이 있다(G+ 고정 , G- 감소, w= G+- G- 증가). 두번째로 G+ 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 소거 펄스를 인가하는 방식이 있다(G+ 증가, G- 고정, w= G+- G- 증가). In the case of using an NMOS-based CTF device, the threshold voltage increases and the conductance decreases during FN programming. Therefore, the following two methods can be used for potentiation of synaptic cells. First, there is a method of applying an FN program pulse to a CTF device having G - conductance (G + fixed, G - decreased, w = G + - G - increased). Second, there is a method of applying an FN erase pulse to a CTF device having G + conductance (G + increase, G - fixed, w = G + - G - increase).
시냅스 셀의 depression 동작을 위해서는 다음의 2가지 방식이 사용 될 수 있다. 첫 번째로 G+ 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 프로그램 펄스를 인가하는 방식이 있다(G+ 감소, G- 고정, w= G+- G- 감소). 두 번째로는 G- 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 소거 펄스를 인가하는 방식이 있다(G+ 고정 , G- 증가, w= G+- G- 감소). For synaptic cell depression, the following two methods can be used. First, there is a method of applying an FN program pulse to a CTF device having G + conductance (G + decrease, G - fix, w = G + - G - decrease). Second, there is a method of applying an FN erase pulse to a CTF device having G - conductance (G + fixed, G - increased, w = G + - G - decreased).
FN 프로그램과 FN 소거 모두 사용하여 시냅스 셀의 시냅스 가중치를 변경하는 방식은 다음과 같다. Potentiation 동작을 수행하는 경우, G+ 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 소거 펄스를 인가하고, G- 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 프로그램 펄스를 인가한다. 이를 통하여 G+ 컨덕턴스는 증가하고, G- 컨덕턴스는 감소하게 된다. 결과적으로 시냅스 셀의 시냅스 가중치는 증가한다(G+ 증가, G- 감소, w= G+- G- 증가). Depression 동작을 수행하는 경우, G+ 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 프로그램 펄스를 인가하고, G- 컨덕턴스를 갖는 CTF 소자에 FN 소거 펄스를 인가한다. 이를 통하여 G+ 컨덕턴스는 감소하고, G- 컨덕턴스는 증가하게 된다. 결과적으로 시냅스 셀의 시냅스 가중치는 증가한다(G+ 감소, G- 증가, w= G+- G- 감소). The method of changing the synaptic weight of a synaptic cell using both FN program and FN erasure is as follows. When the potentiation operation is performed, an FN erase pulse is applied to a CTF device having G + conductance, and an FN program pulse is applied to a CTF device having G - conductance. Through this, G + conductance increases and G - conductance decreases. As a result, the synaptic weight of the synaptic cell increases (G + increase, G - decrease, w = G + - G - increase). When the depression operation is performed, an FN program pulse is applied to a CTF device having G + conductance, and an FN erase pulse is applied to a CTF device having G - conductance. Through this, G + conductance decreases and G - conductance increases. As a result, the synaptic weight of the synaptic cell increases (G + decrease, G - increase, w = G + - G - decrease).
설계한 AND형 시냅스 어레이를 통한 추론 동작은 표 2의 리드(read) 전압을 시냅스 어레이(100a)와 층별 선택회로(200a)에 입력하여 수행한다. 입력 신호들은 입력 디코더(도 4의 500)을 통하여 펄스의 형태로 워드라인(WL)들에 인가한다. WL들로 인가된 펄스들은 시냅스 어레이에서 벡터-행렬곱 연산을 거쳐 시냅스 어레이의 OL+ 및 OL- 들을 통하여 전류의 형태로 출력 뉴런으로 전달된다. OL+ 및 OL- 들을 통하여 출력되는 벡터-행렬곱 연산 결과는 아래 식과 같다. The inference operation through the designed AND-type synapse array is performed by inputting the read voltage of Table 2 into the
[수학식 1] [Equation 1]
이 때, i는 도 2와 같이 i번째 WL(또는 입력 뉴런)을 의미하고, j는 j번째 OL(또는 출력 뉴런)을 의미한다. Ii는 i번째 WL 에 인가된 펄스 횟수이고, 는 k번째 층의 입력뉴런 i와 출력뉴런 j사이의 시냅스 가중치이다. VREAD는 시냅스 어레이의 BL 들을 통하여 인가되는 전압이다. 각 출력 뉴런 j에서 계산되는 출력은 수학식 2와 같다. In this case, i means the i-th WL (or input neuron), and j means the j-th OL (or output neuron), as shown in FIG. 2 . I i is the number of pulses applied to the ith WL, is the synaptic weight between the input neuron i and the output neuron j of the kth layer. V READ is the voltage applied through the BLs of the synaptic array. The output calculated from each output neuron j is shown in
[수학식 2][Equation 2]
이와 같은 동작 구조를 이용하여 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이를 통한 뉴로모픽 시스템을 구현할 수 있다. 마지막으로 제안하는 3차원 적층 시냅스 어레이의 공정 방법은 다음과 같다. A neuromorphic system through a three-dimensional stacked AND-type synapse array can be implemented using such an operating structure. Finally, the process method of the three-dimensional stacked synapse array proposed is as follows.
도 7은 발명의 일 실시예에 따른 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이의 제조 방법을 나타낸다.7 shows a method of manufacturing a three-dimensional stacked AND-type synapse array according to an embodiment of the present invention.
도 7a를 참조하면, Si 기판 위에 실리콘 산화물 SiO2와 다결정 실리콘 Poly-Si을 교대로 증착시킨다. 최상단에는 실리콘 질화물 Si3N4를 증착시킨다. Referring to FIG. 7A , silicon oxide SiO 2 and poly-Si are alternately deposited on a Si substrate. On top, silicon nitride Si 3 N 4 is deposited.
실리콘 산화물은 적층된 소자간의 격리를 위하여 사용되며 다결정 실리콘은 추후 채널이 형성될 영역이다. 이를 통해 추후 채널이 적층된 시냅스 어레이가 형성됨을 알 수 있다. Silicon oxide is used for isolation between stacked devices, and polysilicon is a region in which a channel is to be formed later. Through this, it can be seen that a synapse array in which channels are stacked later is formed.
도 7b를 참조하면, 시냅스 어레이 영역(100a)을 제외하고 층별 선택회로를 포함하는 주변회로를 형성할 영역(200a)에 포토리소그래피 후, 실리콘 산화물, 다결정 실리콘 및 실리콘 질화물을 건식 식각(dry etch)한다. Referring to FIG. 7B, except for the
도 7c를 참조하면, 식각된 영역(200a) 상에 기본 CMOS 공정을 이용하여 시냅스 선택 트랜지스터를 포함하는 층별 선택회로 및 주변회로를 형성한다. 시냅스 선택 트랜지스터는 복수개의 라인으로 형성되며, 각 라인에는 시냅스 어레이의 적층수에 대응하는 수의 시냅스 선택 트랜지스터가 형성된다. 즉 시냅스 어레이의 적층수가 3층인 경우, 한 라인에 3개의 시냅스 선택 트랜지스터(SST)가 형성된다.Referring to FIG. 7C , a selection circuit for each layer including a synaptic selection transistor and a peripheral circuit are formed on the etched
도 7d를 참조하면, 층별 선택회로 및 주변회로가 형성된 영역(200a)에 실리콘 산화막을 채운다(Gap fill). 이 후, CMP(Chemical mechanical planarization) 공정을 통하여 평탄화를 수행한다. Referring to FIG. 7D , a silicon oxide film is filled in the
도 7e의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7e의 (b)에 도시하고, 도 7e의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7e의 (c)에 도시한다. 도 7e를 참조하면, 시냅스 어레이가 형성될 영역(100a)에 포토리소그래피 및 건식 식각을 통해 채널 형성 트랜치(CFT; Channel Formation Trench)를 형성한다. 이 때, 건식 식각 마스크를 이용하여 포토레지스트의 개방된 부분만 원하는 형태로 건식 식각한다. 이로써, 채널 형성 트랜치(CFT)가 형성된다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7e is shown in (b) of FIG. 7e, and the cross section taken along line BB' in (a) of FIG. 7e is shown in (c) of FIG. 7e. shown in Referring to FIG. 7E , a channel formation trench (CFT) is formed in a
도 7f의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7f의 (b)에 도시하고, 도 7f의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7f의 (c)에 도시한다. 도 7f를 참조하면, 3차원 적층형 시냅스 어레이 전면에 화학기상증착(LPCVD) 또는 원자층증착(ALD)을 통하여 CTF 소자의 게이트 유전체 층(GL)을 형성한다. 이 때, 게이트 유전체로는 CTF 소자에서 흔히 사용되는 SiO2/Si3N4/SiO2 뿐만 아니라 복수개의 다양한 유전박막들의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 게이트 유전체에 Al2O3/SiO2/Si3N4/SiON을 사용할 수 있다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7F is shown in (b) of FIG. 7F, and the cross section taken along line B-B' in (a) of FIG. 7F is shown in (c) of FIG. shown in Referring to FIG. 7f, a gate dielectric layer (GL) of a CTF device is formed on the entire surface of the three-dimensional layered synaptic array through chemical vapor deposition (LPCVD) or atomic layer deposition (ALD). At this time, a combination of a plurality of various dielectric thin films as well as SiO 2 /Si 3 N 4 /SiO 2 commonly used in CTF devices may be used as the gate dielectric. For example, Al 2 O 3 /SiO 2 /Si 3 N 4 /SiON can be used for the gate dielectric.
도 7g의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7g의 (b)에 도시하고, 도 7g의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7g의 (c)에 도시한다. 도 7g를 참조하면, 게이트 유전체 층(GL)이 형성된 채널 형성 트랜치 영역에 게이트 물질(예를 들어 N+ 도핑된 다결정 실리콘)을 증착하고, 포토리소그래피 후 건식 식각을 통해 CTF 소자의 게이트를 형성한다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7g is shown in (b) of FIG. 7g, and the cross section taken along line BB' in (a) of FIG. 7g is shown in (c) of FIG. 7g. shown in Referring to FIG. 7G , a gate material (eg, N+ doped polycrystalline silicon) is deposited in the channel formation trench region where the gate dielectric layer GL is formed, and a gate of the CTF device is formed through dry etching after photolithography.
이후, 도 7g의 (c)를 참조하면, 도핑 이온 주입(ion implant) 과정을 통해 게이트가 형성된 CTF 소자의 채널을 사이에 두고 소스와 드레인 도핑을 진행한다. 이때, 채널 형성 트랜치를 통하여 Gated Poly-Si에 의해 가려지지 않은 적층된 다결정 실리콘에 전부 도핑이 될 수 있도록 하기 위하여, 이온주입기를 통해 도핑을 진행할 때, 이온주입기를 통해 Si 기판을 회전시키며 진행한다. 이때 이온주입기는 수직으로 적층되어 있는 모든 소자에 도핑이 균일하게 진행될 수 있도록 적당한 기울기(tilt)를 설정하여 Si 기판을 회전시키며 진행한다. 이를 통해 Gated Poly-Si에 의해 가려지지 않은 적층된 다결정 실리콘에 전부 도핑이 될 수 있도록 한다.Then, referring to (c) of FIG. 7G, source and drain doping is performed with the channel of the CTF device having the gate formed therebetween through a doping ion implantation process. At this time, in order to dope all of the stacked polycrystalline silicon not covered by the gated poly-Si through the channel formation trench, when the doping is performed through the ion implanter, the Si substrate is rotated through the ion implanter. . At this time, the ion implanter rotates the Si substrate by setting an appropriate tilt so that doping can be uniformly performed on all vertically stacked devices. Through this, all of the stacked polycrystalline silicon not covered by Gated Poly-Si can be doped.
도 7h의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7h의 (b)에 도시하고, 도 7h의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7h의 (c)에 도시한다. 도 7h를 참조하면, 3차원 적층형 시냅스 어레이 전체 상면에 화학기상증착법 또는 갭 필 공정을 이용하여 실리콘 산화물을 증착한다. 이후, CMP 공정을 통하여 평탄화 작업을 진행한다. 이 과정에서 증착된 실리콘 산화물은 추후 하드 마스크로 사용된다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7H is shown in (b) of FIG. 7H, and the cross section taken along line B-B' in (a) of FIG. 7H is shown in (c) of FIG. 7H shown in Referring to FIG. 7H , silicon oxide is deposited on the entire upper surface of the three-dimensional stacked synapse array using a chemical vapor deposition method or a gap fill process. Thereafter, a planarization operation is performed through a CMP process. The silicon oxide deposited in this process is later used as a hard mask.
도 7i의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7i의 (b)에 도시하고, 도 7i의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7i의 (c)에 도시한다. 이 때 A-A'는 CTF 소자의 게이트와 층별 선택회로 영역(200a)을 포함하는 컷라인이고, B-B'는 CTF 소자의 게이트를 포함하는 컷라인으로, A-A'컷라인에 수직한 컷라인이다. 도 7i를 참조하면, 포토리소그래피 및 건식 식각을 통하여 시냅스 어레이의 블록을 분리한다. 동시에 시냅스 어레이 블록의 최단의 트랜지스터에 출력 선택 트랜지스터(OST) 컷을 수행하여 블록 내에 출력 선택 트랜지스터(OST)를 형성한다. 이 때 건식 식각 마스크와 같이 포토레지스트의 개방된 부분만 건식 식각을 수행한다. The cross section taken along A-A' in (a) of FIG. 7I is shown in (b) of FIG. 7I, and the cross section taken along B-B' in (a) of FIG. 7I is shown in (c) of FIG. 7I. shown in At this time, A-A' is a cut line including the gate of the CTF element and the
도 7j의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7j의 (b)에 도시하고, 도 7j의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7j의 (c)에 도시한다. 이 때, A-A'는 CTF 소자의 게이트와 층별 선택회로 영역(200a)을 포함하는 컷라인이고, B-B'는 CTF 소자의 게이트를 포함하는 컷라인으로, A-A'컷라인에 수직한 컷라인이다. 도 7j를 참조하면, CTF 소자의 다결정 실리콘을 선택적 습식 식각을 수행한다. 습식 식각을 수행할 때 CTF 소자의 채널 및 게이트는 산화물 하드 마스크를 통하여 보호한다. 습식 식각을 통하여, 시냅스 어레이 블록 측면에 드러난 다결정-실리콘이 실리콘 산화물 보다 안으로 파고 들어간 구조가 형성된다. 단, CTF 소자의 소스/드레인이 될 도핑 영역이 사라지지 않도록 습식 식각 시간을 조절해야한다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7j is shown in (b) of FIG. 7j, and the cross section taken along line BB' in (a) of FIG. 7j is shown in (c) of FIG. 7j. shown in At this time, A-A' is a cut line including the gate of the CTF element and the
도 7k의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7k의 (b)에 도시하고, 도 7k의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7k의 (c)에 도시한다. 이 때, A-A' 는 CTF 소자의 게이트와 층별 선택회로 영역(200a)을 포함하는 컷라인이고, B-B'는 A-A' 컷라인에 수직한 컷라인이다. 도 7k를 참조하면, 3차원 적층형 시냅스 어레이 전면에 금속 증착 공정을 진행한다(예를 들어, 텅스텐 CVD). 도 7k의 (c)를 참조하면, 시냅스 셀의 소스, 드레인의 도핑 영역에 금속 컨택이 형성됨을 알 수 있다. 지금 공정에서는 모든 층의 금속들이 분리되지 않은 상태이다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7K is shown in (b) of FIG. 7K, and the cross section taken along line B-B' in (a) of FIG. 7K is shown in (c) of FIG. shown in In this case, A-A' is a cut line including the gate of the CTF element and the layer-by-layer
도 7l의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7l의 (b)에 도시하고, 도 7l의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7l의 (C)에 도시한다. 도 7l를 참조하면, 증착된 금속을 층 별로 분리시키기 위하여, 등방성 식각(습식 식각 또는 화학적 건식 식각)을 수행한다. 이를 통하여 각 층이 분리된 OL, LDL, LSL이 형성된다. 이 때, A-A'는 게이트와 층별 선택회로를 포함하는 컷라인이고, B-B'는 A-A' 컷라인에 수직한 컷라인이다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7L is shown in (b) of FIG. 7L, and the cross section taken along line B-B' in (a) of FIG. 7L is shown in (C) of FIG. shown in Referring to FIG. 7L, isotropic etching (wet etching or chemical dry etching) is performed to separate the deposited metal layer by layer. Through this, OL, LDL, and LSL with each layer separated are formed. At this time, A-A' is a cut line including a gate and a selection circuit for each layer, and B-B' is a cut line perpendicular to the A-A' cut line.
도 7m의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7m의 (b)에 도시하고, 도 7m의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7m의 (C)에 도시한다. 도 7m을 참조하면, 산화막 갭 필 공정을 수행한다. 이후, CMP 공정을 통하여 평탄화 작업을 진행한다.A cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7M is shown in (b) of FIG. 7M, and a cross section taken along line B-B' in (a) of FIG. 7M is shown in (C) of FIG. shown in Referring to FIG. 7M , an oxide film gap fill process is performed. Thereafter, a planarization operation is performed through a CMP process.
도 7n의 (a)에서 A-A'를 따라 절단한 단면은 도 7n의 (b)에 도시하고, 도 7n의 (a)에서 B-B'를 따라 절단한 단면은 도 7n의 (C)에 도시한다. A-A'는 메탈라인(LDL, OL)과 층별 선택회로 영역(200a)을 포함하는 컷라인이고, B-B'는 CTF 소자의 게이트와 층별 선택회로 영역(200a)을 포함하는 컷라인이다. The cross section taken along line A-A' in (a) of FIG. 7N is shown in (b) of FIG. 7N, and the cross section taken along line BB' in (a) of FIG. 7N is shown in (C) of FIG. 7N. shown in A-A' is a cut line including the metal lines (LDL, OL) and the
도 7n을 참조하면, 포토리소그래피 및 건식 식각을 적층된 수만큼 순차적으로 진행하여, 비트라인(BL)과 층별 선택회로 연결을 위한 계단형 구조(200b)를 형성한다. Referring to FIG. 7N , photolithography and dry etching are sequentially performed as many times as the stacked number to form a stepped
도 7o을 참조하면, 시냅스 어레이와 층별 선택회로의 금속 배선(ML)를 형성한다. 금속 배선 공정은, 포토리소그래피를 통하여 형성할 수도 있으며, 다마신(damascene) 공정을 이용하여 형성될 수도 있다. Referring to FIG. 7O , a synapse array and a metal wire (ML) of a layer-by-layer selection circuit are formed. The metal wiring process may be formed through photolithography or may be formed using a damascene process.
도 7p를 참조하면, 3차원 적층 시냅스 어레이의 배선 배치를 확인할 수 있다. 금속 배선(ML)들은 적층된 시냅스 어레이의 최상부 영역에서 서로 평행하거나 수직하게 배치되어 있다. Referring to Figure 7p, it can be confirmed the wiring arrangement of the three-dimensional stacked synapse array. The metal wires (ML) are arranged parallel or perpendicular to each other in the uppermost region of the stacked synapse array.
이와 같이, 실시예들에 따르면 심층 신경망에 적합한 3차원 적층 형태의 AND형 시냅스 어레이의 구조를 통해 NOR형 어레이보다 전력 소모를 낮추고 시스템의 집적도를 향상시킬 수 있다.In this way, according to the embodiments, power consumption can be lowered and the degree of integration of the system can be improved than that of the NOR-type array through the structure of the three-dimensional stacked AND-type synaptic array suitable for deep neural networks.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (10)
열과 행으로 정렬된 단위 시냅스 소자 및 일단에 출력 선택 트랜지스터를 포함하는 단층 시냅스 어레이가 적층되는 3차원 시냅스 어레이; 및
각 층에 대응하는 시냅스 선택 트랜지스터에 의해 상기 시냅스 어레이 중 동작하는 층을 선택하는 계단형 구조의 층별 선택회로
를 포함하고,
상기 층별 선택회로는 복수개의 시냅스 선택 트랜지스터 및 복수개의 시냅스 선택 라인(SSL)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로.
a metal wiring including a plurality of bit lines, a plurality of outline lines, and a plurality of word lines;
a three-dimensional synapse array in which unit synapse elements arranged in columns and rows and single-layer synapse arrays including output selection transistors are stacked at one end; and
Layer-by-layer selection circuit with a step-like structure that selects an operating layer from among the synapse array by a synapse selection transistor corresponding to each layer
including,
The layer-by-layer selection circuit comprises a plurality of synapse selection transistors and a plurality of synapse selection lines (SSL), the three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit.
상기 단위 시냅스 소자는 2개의 CTF(Charge-Trap Flash) 메모리 소자를 포함하고,
상기 2개의 CTF(Charge-Trap Flash) 메모리 소자는 상기 시냅스 선택 트랜지스터를 통하여 비트라인에 연결되는 드레인, 상기 출력 선택 트랜지스터를 통하여 아웃라인에 연결되는 소스, 워드라인에 연결되는 게이트를 포함하고,
상기 2개의 CTF(Charge-Trap Flash) 메모리 소자는 동일한 워드라인을 공유하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로.
According to claim 1,
The unit synaptic element includes two CTF (Charge-Trap Flash) memory elements,
The two CTF (Charge-Trap Flash) memory devices include a drain connected to a bit line through the synapse select transistor, a source connected to an outline through the output select transistor, and a gate connected to a word line,
The two CTF (Charge-Trap Flash) memory elements are three-dimensional stacked AND-type synapse array circuit, characterized in that sharing the same word line.
상기 복수의 시냅스 선택 라인(SSL)은 시냅스 어레이의 각 층에 비트라인 입력 전압을 인가하기 위하여 시냅스 어레이 채널 적층 수만큼의 시냅스 선택 라인을 포함하고,
적층되는 복수개의 출력 선택 트랜지스터는 하나의 출력 선택 라인(OSL)에 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로.
According to claim 1,
The plurality of synapse selection lines (SSL) include as many synapse selection lines as the number of stacked synapse array channels in order to apply a bit line input voltage to each layer of the synapse array,
A plurality of stacked output selection transistors are three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit, characterized in that connected to one output selection line (OSL).
상기 시냅스 선택 트랜지스터는 상기 시냅스 선택 라인(SSL)과 연결된 게이트 상기 비트라인 입력 전압이 입력되는 드레인, 시냅스 어레이의 각 층과 연결된 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로.
According to claim 1,
The synapse selection transistor includes a gate connected to the synapse selection line SSL, a drain to which the bit line input voltage is input, and a source connected to each layer of the synapse array.
상기 CTF 메모리 소자는 FN(Fowler-Nordheim) 터널링에 의해 컨덕턴스를 변경시키는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로.
According to claim 2,
The CTF memory device is a three-dimensional stacked AND-type synapse array circuit, characterized in that the conductance is changed by FN (Fowler-Nordheim) tunneling.
상기 층별 선택회로 영역을 식각하고 CMOS 공정을 이용하여 층별 선택회로를 형성하는 단계;
상기 시냅스 어레이 영역에 포토리소그래피 및 건식 식각(dry etch)을 수행하여 채널 형성 트랜치를 형성하는 단계;
형성된 채널 형성 트랜치에 게이트 유전체 층을 형성하고, N+ 도핑된 다결정 실리콘을 증착하고, 건식 식각하여 게이트를 형성하고, 이온을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 단계;
화학기상증착법 또는 갭 필 공정을 이용하여 절연막(ILD)을 형성한 후, 포토리소그래피 및 건식 식각을 수행하여 시냅스 어레이를 블록별로 분리하고, 상기 블록의 양 단의 트랜지스터를 시냅스 선택 트랜지스터와 출력 선택 트랜지스터로서 분리하는 단계;
상기 다결정 실리콘을 선택적으로 습식 식각(wet etch)한 후, 상기 시냅스 어레이의 전면에 금속 증착 공정을 수행하여, 소스와 드레인의 도핑된 영역에 금속 컨택을 형성하는 단계;
증착된 금속 층을 등방성 식각을 수행하여 층 별로 분리하는 단계;
실리콘 산화물로 갭을 메워 평탄화를 진행하는 단계; 및
상기 층별 선택회로 영역과 시냅스 어레이 영역 사이에 층별 선택회로 연결을 위한 계단형 구조를 형성하고, 층별 선택회로의 금속 배선 공정을 진행하는 단계
를 포함하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 제조 방법.
alternately depositing silicon oxide and polycrystalline silicon serving as a channel on a substrate including a layer-by-layer selection circuit region and a synapse array region, and depositing silicon nitride on top;
etching the layer-by-layer selection circuit region and forming layer-by-layer selection circuits using a CMOS process;
forming a channel formation trench by performing photolithography and dry etching on the synapse array region;
forming a gate dielectric layer in the formed channel formation trench, depositing N+ doped polycrystalline silicon, dry etching to form a gate, and doping with ions to form a source and a drain;
After forming an insulating film (ILD) using a chemical vapor deposition method or a gap fill process, photolithography and dry etching are performed to separate the synaptic array into blocks, and the transistors at both ends of the block are synaptic selection transistors and output selection transistors Separating as;
forming metal contacts in doped regions of source and drain by performing a metal deposition process on the entire surface of the synapse array after selectively wet etching the polycrystalline silicon;
Separating the deposited metal layer layer by layer by performing isotropic etching;
performing planarization by filling the gap with silicon oxide; and
Forming a stepped structure for connecting the layer-by-layer selection circuit between the layer-by-layer selection circuit area and the synapse array region, and performing a metal wiring process of the layer-by-layer selection circuit
Method of manufacturing a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit comprising a.
시냅스 선택 라인에 전압을 인가하여 시냅스 어레이의 동작층을 선택하고,
각 비트라인, 워드라인, 아웃라인에 전압을 인가함으로써, 선택된 층의 특정 셀을 선택하여, 상기 특정 시냅스 셀을 읽거나, 상기 특정 메모리 셀에 FN 터널링 방식으로 프로그램하고,
상기 전압 조건을 바꾸어 FN 터널링 방식으로 특정 시냅스 셀을 소거하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 동작방법.
A method of operating the three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit of claim 1,
A voltage is applied to the synapse selection line to select an operating layer of the synapse array;
By applying a voltage to each bit line, word line, and outline, a specific cell of the selected layer is selected to read the specific synaptic cell or program the specific memory cell in an FN tunneling method;
A method of operating a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit, characterized in that by changing the voltage condition to erase a specific synaptic cell by FN tunneling method.
FN 프로그램 동작 시 비 선택된 비트라인들을 VCC,BL 전압으로 프리차징하여 LDL을 플로팅(floating) 상태로 만든 후,
비 선택된 워드라인들에 FN 프로그램이 되지 않을 전압 VPGM,PASS을 인가하여 비 선택 LDL들의 전압을 부스팅(boosting)하여, 비 선택 시냅스 셀들의 프로그램 방지를 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 동작방법.
According to claim 7,
During FN program operation, after precharging unselected bit lines with V CC,BL voltage to make LDL floating,
A three-dimensional stacked AND type characterized in that program prevention of unselected synaptic cells is performed by boosting the voltages of unselected LDLs by applying a voltage V PGM,PASS to unselected word lines, which will not be FN programmed. Method of operation of synaptic array circuit.
비 선택된 비트라인에 FN 프로그램이 되지 않을 전압 VPGM,PASS를 인가하여, 비 선택 시냅스 셀들의 프로그램 방지를 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 동작방법.
According to claim 7,
A method of operating a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit, characterized in that performing program prevention of unselected synaptic cells by applying a voltage V PGM,PASS that will not be FN programmed to an unselected bit line.
비 선택된 비트라인들에 VERS,PASS 전압을 인가하고, 선택된 워드라인에 VERS 전압을 인가하여, 소거 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층 AND형 시냅스 어레이 회로의 동작방법.
According to claim 7,
A method of operating a three-dimensional stacked AND-type synaptic array circuit, characterized by performing an erase operation by applying a V ERS,PASS voltage to non-selected bit lines and applying a V ERS voltage to a selected word line.
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Citations (4)
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KR101686827B1 (en) | 2015-03-17 | 2016-12-16 | 인천대학교 산학협력단 | Method for implementing artificial neural networks in neuromorphic hardware |
KR20180127153A (en) * | 2017-05-19 | 2018-11-28 | 서울대학교산학협력단 | Integrated circuit emulating neural system with neuron circuit and synapse device array and fabrication method thereof |
KR20190103610A (en) * | 2018-02-28 | 2019-09-05 | 부산대학교 산학협력단 | Three-dimensional stacked synapse array-based neuromorphic system and method of operating and manufacturing the same |
KR20200037049A (en) * | 2018-09-21 | 2020-04-08 | 삼성전자주식회사 | Storage device |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101686827B1 (en) | 2015-03-17 | 2016-12-16 | 인천대학교 산학협력단 | Method for implementing artificial neural networks in neuromorphic hardware |
KR20180127153A (en) * | 2017-05-19 | 2018-11-28 | 서울대학교산학협력단 | Integrated circuit emulating neural system with neuron circuit and synapse device array and fabrication method thereof |
KR20190103610A (en) * | 2018-02-28 | 2019-09-05 | 부산대학교 산학협력단 | Three-dimensional stacked synapse array-based neuromorphic system and method of operating and manufacturing the same |
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