KR20240095043A - Non-volatile memory device and its operating method - Google Patents
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Abstract
본 기술은 비휘발성 메모리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 본 기술의 비휘발성 메모리 장치는, 쓰기 트랜지스터 및 강유전성 읽기 트랜지스터를 포함하는 메모리 셀; 상기 쓰기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되는 쓰기 워드라인; 상기 쓰기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 쓰기 비트라인; 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 읽기 워드라인; 및 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 드레인 단자에 접속되는 읽기 비트라인;을 포함하되, 상기 쓰기 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속될 수 있다. 본 기술은 유전성 물질을 이용한 실리콘 CMOS 공정 기반의 2T0C FeDRAM의 실현으로 저전력, 고집적도 및 비파괴적 DRAM을 구현할 수 있다. This technology relates to non-volatile memory devices and methods of operating the same. A non-volatile memory device of the present technology includes a memory cell including a write transistor and a ferroelectric read transistor; a write word line connected to the gate terminal of the write transistor; a write bit line connected to the source terminal of the write transistor; a read word line connected to a source terminal of the ferroelectric read transistor; and a read bit line connected to the drain terminal of the ferroelectric read transistor, wherein the drain terminal of the write transistor may be connected to the gate terminal of the ferroelectric read transistor. This technology can realize low-power, high-density, and non-destructive DRAM by realizing 2T0C FeDRAM based on the silicon CMOS process using dielectric materials.
Description
본 발명은 비휘발성 메모리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 강유전성 물질을 이용한 비휘발성 메모리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a non-volatile memory device and a method of operating the same, and more specifically, to a non-volatile memory device using a ferroelectric material and a method of operating the same.
DRAM(디램; Dynamic Random Access Memory)은 구조가 간단해 집적이 용이하므로 대용량 임시기억장치로 사용된다. 디램은 우리나라 반도체 산업의 주류를 이루고 있는 것으로 반도체 사업 중에서 비중이 매우 큰 제품이다.DRAM (Dynamic Random Access Memory) has a simple structure and is easy to integrate, so it is used as a large-capacity temporary memory device. DRAM forms the mainstream of Korea's semiconductor industry and is a very large product in the semiconductor business.
한편, DRAM은 읽기 경로 및 쓰기 경로가 물리적으로 겹쳐서 발생하는 정보의 파괴(destructive) 문제가 있다. 예를 들어, 읽기와 쓰기 과정에서 전압이 인가되는 부분 및 전류가 흐르는 부분이 겹쳐서 정보가 파괴됨으로써 메모리 셀에 정보를 재기록하는 과정을 필요로 한다. 이는 비파괴적(non destructive) 메모리 동작 방식의 필요성을 낳는다. Meanwhile, DRAM has a problem of information destruction caused by physical overlap of read and write paths. For example, during the reading and writing process, the part where voltage is applied and the part where current flows overlap and the information is destroyed, necessitating a process of rewriting the information in the memory cell. This creates the need for a non-destructive memory operation method.
또한 DRAM은 커패시터의 누설전류 한계로 인해 리텐션 타임(Retention time)이 길지 못하다. 디램은 에스램(SRAM, Static Random Access Memory)이나 플래시 메모리(Flash Memory)와 달리 시간의 흐름에 따라 메모리셀에 저장된 정보가 손실되는 현상이 발생하며(이른 바 휘발성), 이는 디램의 메모리셀이 1개의 트랜지스터와 1개의 커패시터로 구성되어, 커패시터에 저장되어 있는 데이터의 자연적인 누설(leakage)이 일어나기 때문이다. 따라서 데이터의 손실을 방지하기 위해 일정 시간마다 메모리셀에 저장된 정보를 다시 기입해 주는 리프레쉬(Refresh) 동작을 수행하도록 한다. 리프레쉬는 각 메모리 셀들이 가지는 리텐션 타임 안에 적어도 한 번씩 워드라인을 액티브 상태로 활성화하여 데이터를 증폭시켜 주는 방식으로 행해질 수 있다. 이러한 리프레쉬는 추가적인 전력을 소모한다. Additionally, DRAM does not have a long retention time due to the leakage current limit of the capacitor. Unlike SRAM (Static Random Access Memory) or Flash Memory, DRAM experiences a phenomenon in which information stored in memory cells is lost over time (so-called volatility), which is caused by DRAM's memory cells. This is because it consists of one transistor and one capacitor, and natural leakage of data stored in the capacitor occurs. Therefore, in order to prevent data loss, a refresh operation is performed to rewrite the information stored in the memory cell at regular intervals. Refresh can be performed by amplifying data by activating the word line to an active state at least once within the retention time of each memory cell. This refresh consumes additional power.
이에 메모리 소자 성능을 개선하기 위해, 비파괴적 경로 구현을 가능하게 하고 리텐션 타임을 길게 하기 위한 연구가 필요하다. Accordingly, in order to improve memory device performance, research is needed to enable non-destructive path implementation and increase retention time.
본 발명의 실시예는 기존 디램이 낮은 리텐션 타임 및 파괴적인 동작 방식을 가질 수밖에 없다는 단점을 비파괴적 경로 구현과 강유전성 물질을 사용하여 해결하는 비휘발성 메모리 기술을 제공한다. Embodiments of the present invention provide a non-volatile memory technology that solves the disadvantages of existing DRAM, which inevitably has a low retention time and a destructive operation method, by implementing a non-destructive path and using a ferroelectric material.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.Meanwhile, other unspecified purposes of the present invention will be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.
일 실시예에 따른 쓰기 트랜지스터 및 강유전성 읽기 트랜지스터를 포함하는 메모리 셀; 상기 쓰기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되는 쓰기 워드라인; 상기 쓰기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 쓰기 비트라인; 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 읽기 워드라인; 및 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 드레인 단자에 접속되는 읽기 비트라인;을 포함하되, 상기 쓰기 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속될 수 있다. A memory cell including a write transistor and a ferroelectric read transistor according to an embodiment; a write word line connected to the gate terminal of the write transistor; a write bit line connected to the source terminal of the write transistor; a read word line connected to a source terminal of the ferroelectric read transistor; and a read bit line connected to the drain terminal of the ferroelectric read transistor, wherein the drain terminal of the write transistor may be connected to the gate terminal of the ferroelectric read transistor.
상기 쓰기 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 단자에 스토리지 노드에서 접속되어, 상기 쓰기 트랜지스터의 턴온 상태에서 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 강유전성 물질에 분극 방향을 유도할 수 있다. The drain terminal of the write transistor is connected to the gate terminal of the ferroelectric read transistor at the storage node, so that a polarization direction can be induced in the ferroelectric material of the ferroelectric read transistor when the write transistor is turned on.
상기 강유전성 물질은 하프늄-지르코늄 옥사이드일 수 있다. The ferroelectric material may be hafnium-zirconium oxide.
상기 메모리 셀은, 실리콘 기판상에 FEOL 공정으로 집적된 실리콘 CMOS 논리 회로상에 형성되되 BEOL 공정을 통해 수직 방향으로 적층될 수 있다. The memory cells are formed on silicon CMOS logic circuits integrated through a FEOL process on a silicon substrate, and may be vertically stacked through a BEOL process.
상기 메모리 셀은, 상기 강유전성 읽기 트랜지스터상에 상기 쓰기 트랜지스터가 배치되는 순서로 적층될 수 있다. The memory cells may be stacked in the order in which the write transistor is arranged on the ferroelectric read transistor.
상기 쓰기 트랜지스터에는 채널층으로서 BEOL 공정이 가능한 ITZO를 적용하고, 상기 강유전성 읽기 트랜지스터에는 절연층 및 채널층으로서 각각 BEOL 공정이 가능한 HZO 및 ITZO를 적용할 수 있다. ITZO capable of a BEOL process can be applied as a channel layer to the write transistor, and HZO and ITZO capable of a BEOL process can be applied as an insulating layer and a channel layer, respectively, to the ferroelectric read transistor.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터를 형성하는 BEOL 공정에서 상기 절연층은 이온빔 스퍼터를 이용하여 성막될 수 있다. In the BEOL process of forming the ferroelectric read transistor, the insulating layer may be formed using ion beam sputtering.
상기 쓰기 트랜지스터의 게이트 구조물은 도전층으로서 게이트 전극, 절연층으로서 절연체막 및 채널층으로서 비정질 산화물 반도체막이 적층된 구조를 가지며, 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 구조물은 도전층으로서 게이트 전극, 절연층으로서 강유전체막 및 채널층으로서 비정질 산화물 반도체막이 적층된 구조를 가질 수 있다. The gate structure of the write transistor has a structure in which a gate electrode as a conductive layer, an insulator film as an insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor film as a channel layer are stacked, and the gate structure of the ferroelectric read transistor has a gate electrode as a conductive layer and a ferroelectric as an insulating layer. The film and channel layer may have a structure in which amorphous oxide semiconductor films are stacked.
상기 강유전체막은 HZO(Hafnium-Zirconium Oxide), HfLaO(Hafnium-Lanthanum Oxide), HfSiO(Hafnium-Si Oxide) 및 HfAlO(Hafnium-Aluminium Oxide)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 비정질 산화물 반도체막은 ITZO(Indium-Tin-Zinc Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc Oxide), InO(Indium Oxide) 및 ZnO(Zinc Oxide)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The ferroelectric film is any one selected from the group consisting of HZO (Hafnium-Zirconium Oxide), HfLaO (Hafnium-Lanthanum Oxide), HfSiO (Hafnium-Si Oxide), and HfAlO (Hafnium-Aluminium Oxide), and the amorphous oxide semiconductor film is ITZO ( It may be any one selected from the group consisting of Indium-Tin-Zinc Oxide), IGZO (Indium-Gallium-Zinc Oxide), InO (Indium Oxide), and ZnO (Zinc Oxide).
상기 강유전성 읽기 트랜지스터는 단일 게이트 트랜지스터일 수 있다. The ferroelectric read transistor may be a single gate transistor.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터는 바텀 게이트와 탑 게이트를 포함하는 이중 게이트 트랜지스터일 수 있다. The ferroelectric read transistor may be a double gate transistor including a bottom gate and a top gate.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 상기 바텀 게이트에 인가되는 쓰기 전압에 의해 채널에 전자가 축적되고 이에 따라 전기장이 상기 강유전성 물질에 인가 되어 분극을 저장하고 상기 저장된 분극은 상기 강유전성 물질에 의해 유지되어 동작전압이 변하여 데이터가 저장되며, 상기 바텀 게이트 및 상기 탑 게이트에 인가되는 소거 전압에 의해 인버젼 채널이 형성되고 이에 따라 전기장이 상기 강유전성 물질에 인가되어 분극이 바뀌고 데이터가 소거될 수 있다. Electrons are accumulated in the channel by the write voltage applied to the bottom gate of the ferroelectric read transistor, and accordingly, an electric field is applied to the ferroelectric material to store polarization, and the stored polarization is maintained by the ferroelectric material to change the operating voltage. Data is stored, and an inversion channel is formed by an erase voltage applied to the bottom gate and the top gate. Accordingly, an electric field is applied to the ferroelectric material to change polarization and erase data.
또한 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 동작시키는 방법으로서, 상기 비휘발성 메모리 장치는, 쓰기 트랜지스터 및 강유전성 읽기 트랜지스터를 포함하는 메모리 셀; 상기 쓰기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되는 쓰기 워드라인; 상기 쓰기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 쓰기 비트라인; 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 읽기 워드라인; 및 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 드레인 단자에 접속되는 읽기 비트라인;을 포함하되, 상기 쓰기 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되며, 상기 쓰기 워드라인 및 상기 쓰기 비트라인을 통해 제1 쓰기 제어전압을 상기 쓰기 트랜지스터에 인가하고 상기 읽기 워드라인 및 상기 읽기 비트라인을 통해 제2 쓰기 제어전압을 상기 강유전성 읽기 트랜지스터에 인가하여 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 강유전성 물질에 분극 방향을 쓰기하는 단계; 및 상기 쓰기 워드라인 및 상기 쓰기 비트라인을 통해 제1 읽기 제어전압을 상기 쓰기 트랜지스터에 인가하고 상기 읽기 워드라인 및 상기 읽기 비트라인을 통해 제2 읽기 제어전압을 상기 강유전성 읽기 트랜지스터에 인가하여 상기 분극 방향에 따라 달라지는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 드레인 전류로부터 데이터를 읽기하는 단계;를 포함할 수 있다. Additionally, as a method of operating a non-volatile memory device according to an embodiment, the non-volatile memory device includes: a memory cell including a write transistor and a ferroelectric read transistor; a write word line connected to the gate terminal of the write transistor; a write bit line connected to the source terminal of the write transistor; a read word line connected to a source terminal of the ferroelectric read transistor; and a read bit line connected to the drain terminal of the ferroelectric read transistor, wherein the drain terminal of the write transistor is connected to the gate terminal of the ferroelectric read transistor, and the first read bit line is connected to the write word line and the write bit line. Applying a write control voltage to the write transistor and applying a second write control voltage to the ferroelectric read transistor through the read word line and the read bit line to write a polarization direction to the ferroelectric material of the ferroelectric read transistor; and applying a first read control voltage to the write transistor through the write word line and the write bit line and applying a second read control voltage to the ferroelectric read transistor through the read word line and the read bit line to achieve the polarization. It may include reading data from the drain current of the ferroelectric read transistor that varies depending on direction.
본 기술은 메모리 장치의 읽기 및 쓰기 경로가 겹쳐 정보가 파괴되는 문제를 해결한, 비파괴적인 경로 구현을 가능하게 한다. This technology enables non-destructive path implementation that solves the problem of information being destroyed due to overlapping read and write paths of a memory device.
또한 본 기술은 기존 디램이 갖는 길지 못한 리텐션 타임으로 인한 리프레쉬로 인해 소모되는 추가적인 전력 문제를 해결한다. Additionally, this technology solves the problem of additional power consumed due to refresh due to the short retention time of existing DRAM.
또한 본 기술은 이와 동시에 집적도 문제를 해결한다. This technology also solves the integration problem at the same time.
또한 본 기술은 강유전체의 효과적인 전압 인가로 메모리 창을 확장시킬 수 있다. Additionally, this technology can expand the memory window by effectively applying voltage to the ferroelectric.
또한 본 기술은 기존의 DRAM과 달리 데이터 보유시간이 길어 비휘발성 특징을 가지고 있으며 그만큼 더 낮은 전력 사용량을 갖는 저전력·고효율 구동이 가능하다. In addition, unlike existing DRAM, this technology has a long data retention time and is non-volatile, enabling low-power and high-efficiency operation with lower power consumption.
또한 본 기술은 동작전압이 여러 가지 상태로 조절이 가능해 기존의 DRAM에서의 1 또는 0의 두 가지 상태가 아닌 여러 개의 상태를 저장할 수 있는 멀티-레벨 셀의 저장장치로 활용하여 고집적을 달성할 수 있다.In addition, this technology can achieve high integration by using it as a storage device for multi-level cells that can store multiple states rather than the two states of 1 or 0 in existing DRAM, as the operating voltage can be adjusted to various states. there is.
도 1은 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 하나의 메모리 셀에 대한 회도로를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 하나의 메모리 셀에 대한 평면도와 단면도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM의 모놀리식(monolithic) 3D 집적 구조 단면도를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM 셀의 쓰기 및 읽기 동작을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM의 셀 어레이 구현 예를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따라 3D 집적된 2T0C FeDRAM 셀의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM을 종래의 DRAM 타입과 특성을 비교한 그래프이다.
도 8A는 일 실시예에 따른 더블 게이트를 적용한 2T0C FeDRAM 셀의 구조도를 도시한다.
도 8B는 도 8A의 2T0C FeDRAM의 읽기 트랜지스터에 사용되는 FeFET의 전달 곡선(transfer curve)을 바디 전위에 따른 케이스별로 도시한다.
도 8C는 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체막 기반의 FeFET의 동작 원리에 관한 모식도이다.
도 8D는 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체막 기반의 FeFET의 쓰기 상태와 소거 상태에 관한 모식도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM의 읽기 트랜지스터에 사용되는 FeFET의 비휘발성 특성 및 내구성 특성 결과를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 멀티-레벨 스테이트 2T0C FeFRAM의 비휘발성 결과를 나타낸다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.1 shows a schematic diagram of one memory cell of a non-volatile memory device according to one embodiment.
Figure 2 shows a top view and a cross-sectional view of one memory cell of a non-volatile memory device according to one embodiment.
Figure 3 shows a cross-sectional view of a monolithic 3D integrated structure of 2T0C FeDRAM according to one embodiment.
Figure 4 shows write and read operations of a 2T0C FeDRAM cell according to one embodiment.
Figure 5 shows an example of a cell array implementation of 2T0C FeDRAM according to an embodiment.
Figure 6 shows a cross-sectional and top view of a 3D integrated 2T0C FeDRAM cell according to one embodiment.
Figure 7 is a graph comparing the characteristics of 2T0C FeDRAM according to an embodiment and a conventional DRAM type.
Figure 8A shows a structural diagram of a 2T0C FeDRAM cell using a double gate according to one embodiment.
FIG. 8B shows the transfer curve of the FeFET used in the read transistor of the 2T0C FeDRAM of FIG. 8A for each case according to the body potential.
Figure 8C is a schematic diagram of the operating principle of an amorphous oxide semiconductor film-based FeFET according to an embodiment.
Figure 8D is a schematic diagram of the write state and erase state of an amorphous oxide semiconductor film-based FeFET according to an embodiment.
Figure 9 shows the results of non-volatile characteristics and durability characteristics of FeFET used in a read transistor of 2T0C FeDRAM according to an embodiment.
Figure 10 shows non-volatile results of multi-level state 2T0C FeFRAM according to one embodiment.
The attached drawings are intended as reference for understanding the technical idea of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.
위와 같은 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은, 이해의 편의를 제공할 의도 이외에는 다른 의도 없이, 개시된 내용이 보다 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to enable the disclosed content to be more thorough and complete and to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art, without any intention other than to provide convenience of understanding.
본 명세서에서, 어떤 소자 또는 라인들이 대상 소자 블록에 연결된다 라고 언급된 경우에 그것은 직접적인 연결뿐만 아니라 어떤 다른 소자를 통해 대상 소자 블록에 간접적으로 연결된 의미까지도 포함한다.In this specification, when it is mentioned that certain elements or lines are connected to the target element block, it includes not only direct connection but also indirect connection to the target element block through some other element.
또한, 각 도면에서 제시된 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가급적 나타내고 있다. 일부 도면들에 있어서, 소자 및 라인들의 연결관계는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 나타나 있을 뿐, 타의 소자나 회로블록들이 더 구비될 수 있다.In addition, the same or similar reference signs in each drawing indicate the same or similar components as much as possible. In some drawings, the connection relationships between elements and lines are only shown for effective explanation of technical content, and other elements or circuit blocks may be further provided.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함될 수 있으며, 표시장치의 일반적 동작 및 그러한 일반적 동작을 수행하기 위한 회로나 소자에 과한 세부는 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않음을 유의한다.Each embodiment described and illustrated herein may also include its complementary embodiment, and details regarding the general operation of the display device and circuits or elements for performing such general operation are provided in order not to obscure the gist of the present invention. Please note that this is not explained in detail.
도 1은 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 하나의 메모리 셀에 대한 회도로를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 메모리 셀은 2T0C 구조로서 쓰기 트랜지스터(Wtr) 및 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)을 포함한다. 쓰기 트랜지스터(Wtr)는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)일 수 있다. 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)는 FeFET(Ferroelectric Field-Effect Transistor)일 수 있다. 기존 Si CMOS 기반의 DRAM에 사용되는 커패시터 대신, 강유전체 물질을 이용한 FeDRAM(Ferroelectric DRAM)이다. 기존 DRAM이 낮은 리텐션 타임 및 파괴적인 동작 방식을 가질 수밖에 없다는 단점을 비파괴적 경로 구현으로 해결하고, 이론적으로 무한한 리텐션 타임을 가지는 강유전성 물질을 사용한다. 1 shows a schematic diagram of one memory cell of a non-volatile memory device according to one embodiment. As shown in FIG. 1, the memory cell has a 2T0C structure and includes a write transistor (Wtr) and a ferroelectric read transistor (Rtr). The write transistor (Wtr) may be a Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET). The ferroelectric read transistor (Rtr) may be a Ferroelectric Field-Effect Transistor (FeFET). This is FeDRAM (Ferroelectric DRAM), which uses ferroelectric materials instead of the capacitors used in existing Si CMOS-based DRAM. The disadvantages of existing DRAM, which has a low retention time and a destructive operation method, are solved by implementing a non-destructive path, and a ferroelectric material with a theoretically infinite retention time is used.
도면에 도시된 바와 같이, 메탈 라인으로서, 쓰기 워드라인(WWL), 쓰기 비트라인(WBL), 읽기 워드라인(RWL) 및 읽기 비트라인(RBL)이 각 트랜지스터에 연결된다. 구체적으로, 쓰기 워드라인(WWL)이 쓰기 트랜지스터(Wtr)의 게이트 단자에 접속되고, 쓰기 비트라인(WBL)이 쓰기 트랜지스터(Wtr)의 소오스 단자에 접속된다. 읽기 워드라인(RWL)이 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)의 소오스 단자에 접속되고, 읽기 비트라인(RBL)이 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)의 드레인 단자에 접속된다. As shown in the figure, as metal lines, a write word line (WWL), a write bit line (WBL), a read word line (RWL), and a read bit line (RBL) are connected to each transistor. Specifically, the write word line (WWL) is connected to the gate terminal of the write transistor (Wtr), and the write bit line (WBL) is connected to the source terminal of the write transistor (Wtr). The read word line (RWL) is connected to the source terminal of the ferroelectric read transistor (Rtr), and the read bit line (RBL) is connected to the drain terminal of the ferroelectric read transistor (Rtr).
그리고, 두 트랜지스터들은 스토리지 노드(SN)를 사이에 두고 서로 연결된다. 상세하게, 쓰기 트랜지스터(Wtr)의 드레인 단자는 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)의 게이트 단자에 스토리지 노드(SN)에서 접속된다. And, the two transistors are connected to each other with the storage node (SN) in between. In detail, the drain terminal of the write transistor (Wtr) is connected to the gate terminal of the ferroelectric read transistor (Rtr) at the storage node (SN).
도면에 도시된 바와 같은 2T0C FeDRAM은 강유전성 물질을 이용한 것으로서, 강유전성 물질은 퀴리온도 이하의 기저 상태에서 분극을 유지하는 물질로, 해당 FeDRAM의 읽기 트랜지스터의 절연층(Cox,Rtr)으로서 적용된다. 이러한 절연층으로서 적용된 강유전성 물질로 인해, 2T0C FeDRAM의 정보의 저장은 읽기 트랜지스터에서 이루어지며, 한 번 저장된 정보는 강유전성 물질의 특징으로 인해 약 10년의 보존 기대값을 갖게 된다. The 2T0C FeDRAM shown in the figure uses a ferroelectric material, which maintains polarization in the ground state below the Curie temperature, and is applied as an insulating layer (Cox, Rtr) of the read transistor of the FeDRAM. Due to the ferroelectric material applied as this insulating layer, the storage of information in 2T0C FeDRAM takes place in the read transistor, and once stored, the information has an expected retention value of about 10 years due to the characteristics of the ferroelectric material.
강유전성 물질로는 Hf 기반의 강유전체가 적용될 수 있다. 일례로, HZO(Hafnium-Zirconium Oxide), HfLaO(Hafnium-Lanthanum Oxide), HfSiO(Hafnium-Si Oxide) 및 HfAlO(Hafnium-Aluminium Oxide)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다. As a ferroelectric material, Hf-based ferroelectric material can be applied. For example, any one selected from the group consisting of HZO (Hafnium-Zirconium Oxide), HfLaO (Hafnium-Lanthanum Oxide), HfSiO (Hafnium-Si Oxide), and HfAlO (Hafnium-Aluminium Oxide) may be applied.
각 트랜지스터의 채널층으로는 산화물 반도체의 일종인 ITZO(Indium-Tin-Zinc Oxide; 인듐-틴-징크 옥사이드)가 적용될 수 있다. ITZO는 낮은 누설전류와 높은 이동도를 가지고 있어, 저전력 구동에 유리한 물질이다. 한편, ITZO는 예시이며 IGZO(Indium-Gallium-Zinc Oxide), InO(Indium Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 등 다양한 비정질 산화물 반도체가 적용될 수도 있다. ITZO (Indium-Tin-Zinc Oxide), a type of oxide semiconductor, may be applied as the channel layer of each transistor. ITZO has low leakage current and high mobility, making it an advantageous material for low-power operation. Meanwhile, ITZO is an example, and various amorphous oxide semiconductors such as IGZO (Indium-Gallium-Zinc Oxide), InO (Indium Oxide), and ZnO (Zinc Oxide) may be applied.
그리고, 2T0C FeDRAM의 쓰기 워드라인(WWL), 쓰기 비트라인(WBL), 읽기 비트라인(RBL), 및 읽기 워드라인(RWL)에 사용되는 금속 물질도 필요에 따라 다양한 도전성 물질이 적용될 수 있다. Additionally, various conductive materials may be applied to the metal materials used in the write word line (WWL), write bit line (WBL), read bit line (RBL), and read word line (RWL) of the 2T0C FeDRAM as needed.
도 2는 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 하나의 메모리 셀에 대한 평면도와 단면도를 도시한다. 먼저 도 2a를 참조하면, 쓰기 트랜지스터(Wtr)의 소오스는 쓰기 비트라인(WBL)에 대응되며, 그 게이트는 쓰기 워드라인(WWL)에 대응된다. 읽기 트랜지스터(Rtr)의 소오스는 읽기 워드라인(RWL)에 대응되며, 그 드레인은 읽기 비트라인(RBL)에 대응된다. 쓰기 트랜지스터(Wtr)의 드레인과 읽기 트랜지스터(Rtr)의 게이트는 스토리지 노드(SN; STORAGE NODE)을 통해 서로 연결되어 있으며, 이 스토리지 노드(SN)의 저항 정도를 최소화시킬 수 있는 소자 구조가 제시된다.Figure 2 shows a top view and a cross-sectional view of one memory cell of a non-volatile memory device according to one embodiment. First, referring to FIG. 2A, the source of the write transistor (Wtr) corresponds to the write bit line (WBL), and its gate corresponds to the write word line (WWL). The source of the read transistor (Rtr) corresponds to the read word line (RWL), and its drain corresponds to the read bit line (RBL). The drain of the write transistor (Wtr) and the gate of the read transistor (Rtr) are connected to each other through a storage node (SN), and a device structure that can minimize the resistance of this storage node (SN) is presented. .
도 2b를 참조하면, 쓰기 트랜지스터(Wtr)에 포함되는 게이트 구조물은 도전층으로서 게이트 전극(Gate), 절연층으로서 절연체막(Insulator) 및 채널층으로서 산화물 반도체막(ITZO)이 적층된 형상을 갖는다. 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)에 포함되는 게이트 구조물은 도전층으로서 게이트 전극(Gate), 절연층으로서 강유전체막(HZO) 및 채널층으로서 산화물 반도체막(ITZO)이 적층된 형상을 갖는다. 도면부호 HZO는 절연층으로서 강유전성 물질인 하프늄-지르코늄 옥사이드(Hafnium-Zirconium Oxide)를 강조하기 위해, 도면부호 ITZO는 채널층으로서 비정질 산화물 반도체인 인듐-틴-징크 옥사이드(Indium-Tin-Zinc Oxide)를 강조하기 위해 사용되는 것일 뿐 반드시 제시된 재료를 한정하기 위해 사용된 것은 아니다.예를 들어, HZO 대신에 HfLaO, HfSiO 또는 HfAlO인 경우에는 도면부호로 HLO, HSO 또는 HAO가 사용될 수 있고, ITZO 대신에 IGZO, InO, 또는 ZnO인 경우에는 도면부호로 IGZO, InO, 또는 ZnO가 사용될 수 있다. Referring to FIG. 2B, the gate structure included in the write transistor (Wtr) has a stacked shape of a gate electrode (Gate) as a conductive layer, an insulator film (Insulator) as an insulating layer, and an oxide semiconductor film (ITZO) as a channel layer. . The gate structure included in the ferroelectric read transistor (Rtr) has a stacked shape of a gate electrode (Gate) as a conductive layer, a ferroelectric film (HZO) as an insulating layer, and an oxide semiconductor film (ITZO) as a channel layer. The reference symbol HZO is used as an insulating layer to emphasize Hafnium-Zirconium Oxide, a ferroelectric material, and the reference symbol ITZO is used as a channel layer to emphasize Indium-Tin-Zinc Oxide, an amorphous oxide semiconductor. It is only used to emphasize and is not necessarily used to limit the presented material. For example, in the case of HfLaO, HfSiO or HfAlO instead of HZO, HLO, HSO or HAO can be used as reference symbols, and instead of ITZO In the case of IGZO, InO, or ZnO, IGZO, InO, or ZnO may be used as reference symbols.
일 실시예에 따르면, 두 개의 트랜지스터들(Wtr, Rtr)은 동일 공정으로 증착될 수 있다. 쓰기 트랜지스터(Wtr) 및 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)는 모두 실리콘 CMOS 논리 회로(Si CMOS Logic IC)의 절연층 패턴(Insulator)상에 배치될 수 있다. 즉, 2T0C FeDRAM은 실리콘 CMOS 공정에 적합한 소자로서 실리콘 CMOS 논리 회로를 통한 공정으로 증착될 수 있다. According to one embodiment, the two transistors Wtr and Rtr may be deposited through the same process. Both the write transistor (Wtr) and the ferroelectric read transistor (Rtr) may be disposed on the insulating layer pattern (Insulator) of a silicon CMOS logic circuit (Si CMOS Logic IC). In other words, 2T0C FeDRAM is a device suitable for the silicon CMOS process and can be deposited through a process using a silicon CMOS logic circuit.
도 3은 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM의 모놀리식(monolithic) 3D 집적 구조 단면도를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 실리콘 CMOS 논리 회로가 FEOL(Front End of Line) 공정으로 실리콘 기판상에 집적될 수 있고, 그 위에 BEOL(Back End of Line) 공정을 통해 비트 셀이 적층될 수 있다. 이를 위해, 각 트랜지스터에는 BEOL 공정이 가능한 ITZO와 HZO를 적용할 수 있다. Figure 3 shows a cross-sectional view of a monolithic 3D integrated structure of 2T0C FeDRAM according to one embodiment. As shown in the figure, a silicon CMOS logic circuit can be integrated on a silicon substrate through a FEOL (Front End of Line) process, and bit cells can be stacked thereon through a BEOL (Back End of Line) process. For this purpose, ITZO and HZO capable of BEOL processing can be applied to each transistor.
도 4는 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM 셀의 쓰기 및 읽기 동작을 도시한다. 도 4a는 쓰기 동작에, 도 4b는 읽기 동작에 관한다.Figure 4 shows write and read operations of a 2T0C FeDRAM cell according to one embodiment. Figure 4a relates to a write operation, and Figure 4b relates to a read operation.
먼저 도 4a를 참조하면, 쓰기 동작의 경우, 쓰기 워드라인(WWL) 및 쓰기 비트라인(WBL)을 통해 제1 쓰기 제어전압을 쓰기 트랜지스터(Wtr)에 인가하고 읽기 워드라인(RWL) 및 읽기 비트라인(RBL)을 통해 제2 쓰기 제어전압을 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)에 인가하여 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)의 강유전성 물질(Cox,Rtr)에 분극 방향을 쓰기한다. 일례로, 쓰기 워드라인(WWL)에 1 V, 쓰기 비트라인(WBL)에 1 V, 읽기 비트라인(RBL)에 0 V, 읽기 워드라인(RWL)에 0 V를 인가할 수 있고, 이 경우 쓰기 워드라인(WWL)으로 인해 쓰기 트랜지스터(Wtr)에 채널층이 형성되고 쓰기 비트라인(WBL)으로 인해 쓰기 트랜지스터(Wtr)의 채널층을 통해 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)의 강유전성 물질(Cox,Rtr)에 정보가 분극 형태로 저장될 수 있다. 이후 전압을 인가하지 않아도 분극 형태로 저장된 정보는 계속 유지될 수 있다. First, referring to FIG. 4A, in the case of a write operation, the first write control voltage is applied to the write transistor (Wtr) through the write word line (WWL) and the write bit line (WBL) and the read word line (RWL) and the read bit. The second write control voltage is applied to the ferroelectric read transistor (Rtr) through the line (RBL) to write the polarization direction to the ferroelectric material (Cox, Rtr) of the ferroelectric read transistor (Rtr). For example, 1 V may be applied to the write word line (WWL), 1 V to the write bit line (WBL), 0 V to the read bit line (RBL), and 0 V to the read word line (RWL). In this case, A channel layer is formed in the write transistor (Wtr) due to the write word line (WWL), and the ferroelectric material (Cox, Rtr) of the ferroelectric read transistor (Rtr) is formed through the channel layer of the write transistor (Wtr) due to the write bit line (WBL). ) information can be stored in polarized form. Even if no voltage is applied thereafter, the information stored in polarized form can be maintained.
도 4b를 참조하면, 읽기 동작의 경우, 쓰기 워드라인(WWL) 및 쓰기 비트라인(WBL)을 통해 제1 읽기 제어전압을 쓰기 트랜지스터(Wtr)에 인가하고 읽기 워드라인(RWL) 및 읽기 비트라인(RBL)을 통해 제2 읽기 제어전압을 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)에 인가하여 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)의 강유전성 물질(Cox,Rtr)의 분극 방향에 따라 달라지는 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)의 드레인 전류로부터 데이터를 읽기한다. 일례로, 쓰기 워드라인(WWL)에 -2 V, 쓰기 비트라인(WBL)에 0 V, 읽기 비트라인(RBL)에 0.8 V, 읽기 워드라인(RWL)에 0 V를 인가할 수 있고, 이 경우 쓰기 워드라인(WWL)에 인가된 전압으로 인해 쓰기 트랜지스터(Wtr)와 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr) 사이에는 전압 포텐셜 장벽이 생겨 혹시 모를 역동작을 막을 수 있으며, 이 상태에서 상기 쓰기 과정으로 인해 생긴 분극으로 유도된 채널층을 통해 읽기 비트라인(RBL)으로부터 캐리어가 이동하며 전류가 읽히게 된다. 이때, 분극의 유무에 따라 읽히는 전류는 달라지고, 이를 통해 소자의 쓰기 유무를 파악할 수 있다. Referring to FIG. 4b, in the case of a read operation, the first read control voltage is applied to the write transistor (Wtr) through the write word line (WWL) and the write bit line (WBL) and the read word line (RWL) and the read bit line The second read control voltage is applied to the ferroelectric read transistor (Rtr) through (RBL) to obtain the drain current of the ferroelectric read transistor (Rtr) that varies depending on the polarization direction of the ferroelectric material (Cox, Rtr) of the ferroelectric read transistor (Rtr). Read data. For example, -2 V can be applied to the write word line (WWL), 0 V to the write bit line (WBL), 0.8 V to the read bit line (RBL), and 0 V to the read word line (RWL). In this case, due to the voltage applied to the write word line (WWL), a voltage potential barrier is created between the write transistor (Wtr) and the ferroelectric read transistor (Rtr), preventing unexpected reverse operation, and in this state, the Carriers move from the read bit line (RBL) through the channel layer induced by polarization, and current is read. At this time, the read current varies depending on the presence or absence of polarization, and through this, it is possible to determine whether the device has been written.
상술한 쓰기 및 읽기 과정에서 전압이 인가되는 부분 및 전류가 흐르는 부분이 전혀 겹치지 않음을 주목한다. 이러한 일 실시예에 따른 2T 0C FeDRAM의 구조적 특징은 비파괴적 읽기 방식을 실현할 수 있게 한다. Note that in the above-described writing and reading processes, the part where voltage is applied and the part where current flows do not overlap at all. The structural characteristics of the 2T 0C FeDRAM according to this embodiment enable a non-destructive read method to be realized.
도 5는 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM의 셀 어레이 구현 예를 도시한다. 쓰기 트랜지스터(Wtr) 및 강유전성 읽기 트랜지스터(Rtr)로 구성된 2T0C FeDRAM은 외부적으로는 크게 두 개의 메탈 라인들(M1, M2)을 통해 능동 매트릭스 방식으로 구동될 수 있다. 도면부호 M1_1, M1_2을 대표하여 M1으로 참조한다. 도면부호 M2_1, M2_2, M2_3을 대표하여 M2로 참조한다. 이하 도면에서 점선으로 표기된 하나의 셀(MC)을 기준으로 설명한다. Figure 5 shows an example of a cell array implementation of 2T0C FeDRAM according to an embodiment. 2T0C FeDRAM, which consists of a write transistor (Wtr) and a ferroelectric read transistor (Rtr), can be externally driven in an active matrix manner through two metal lines (M1 and M2). Reference symbols M1_1 and M1_2 are referred to as M1. Reference numerals M2_1, M2_2, and M2_3 are referred to as M2. The following description will be based on one cell (MC) indicated by a dotted line in the drawing.
제1 메탈 라인(M1_1)은 쓰기 트랜지스터(Wtr)들의 게이트들과 전기적으로 연결된다. 제1 메탈 라인(M1)에 문턱 전압 이상을 인가함으로써 쓰기 트랜지스터(Wtr)들의 채널층을 형성할 수 있다. 제1 메탈 라인(M1_1)은 상술한 쓰기 워드라인(WWL)에 대응할 수 있다. The first metal line (M1_1) is electrically connected to the gates of the write transistors (Wtr). By applying a voltage higher than the threshold to the first metal line M1, a channel layer of the write transistors Wtr can be formed. The first metal line (M1_1) may correspond to the write word line (WWL) described above.
상기에서는 도면상 좌측 제1 메탈 라인(M1_1)을 중심으로 설명하였으나 도면상 우측 제1 메탈 라인(M1_2)에도 동일한 설명이 적용될 수 있다. In the above, the description is centered on the first metal line (M1_1) on the left side of the drawing, but the same explanation can also be applied to the first metal line (M1_2) on the right side of the drawing.
제2 메탈 라인(M2_1, M2_2, M2_3)은 쓰기 트랜지스터(Wtr)들의 소오스들, 읽기 트랜지스터(Rtr)들의 소오스들 및 읽기 트랜지스터(Rtr)들의 드레인들에 전기적으로 연결된다. 도면상 중단 제2 메탈 라인(M2_1)이 쓰기 트랜지스터(Wtr)들의 소오스들에 연결되고, 도면상 하단 제2 메탈 라인(M2_2)이 읽기 트랜지스터(Rtr)들의 소오스들에 연결되며, 도면상 상단 제2 메탈 라인(M2_3)이 읽기 트랜지스터(Rtr)들의 드레인들에 연결된다. 제2 메탈 라인(M2_1, M2_2, M2_3)은 쓰기 과정에서는 읽기 트랜지스터(Rtr)에 정보를 저장하고, 읽기 과정에서는 저장된 정보를 읽어오는 역할을 할 수 있다. 도면상 중단 제2 메탈 라인(M1_1)은 상술한 쓰기 비트라인(WBL)에, 도면상 하단 제2 메탈 라인(M1_2)은 상술한 읽기 워드라인(RWL)에, 도면상 상단 제2 메탈 라인(M1_3)은 상술한 읽기 비트라인(RBL)에 각각 대응할 수 있다. The second metal lines (M2_1, M2_2, M2_3) are electrically connected to the sources of the write transistors (Wtr), the sources of the read transistors (Rtr), and the drains of the read transistors (Rtr). The second metal line (M2_1) at the middle of the drawing is connected to the sources of the write transistors (Wtr), the second metal line (M2_2) at the bottom of the drawing is connected to the sources of the read transistors (Rtr), and the second metal line (M2_2) at the bottom of the drawing is connected to the sources of the read transistors (Rtr). 2 The metal line (M2_3) is connected to the drains of the read transistors (Rtr). The second metal lines (M2_1, M2_2, M2_3) may store information in the read transistor (Rtr) during the writing process and read the stored information during the reading process. In the drawing, the middle second metal line (M1_1) is connected to the above-described write bit line (WBL), in the drawing, the lower second metal line (M1_2) is connected to the above-mentioned read word line (RWL), and in the drawing, the upper second metal line ( M1_3) may each correspond to the above-described read bit line (RBL).
제1 메탈 라인(M1)과 제2 메탈 라인(M2) 사이에는 패시베이션(Passivation) 물질로 채워져 있으며, 제1 메탈 라인(M1)과 제2 메탈 라인(M2)을 구성하는 금속 물질은 필요에 따라 다양한 도전성 물질이 적용될 수 있다. The space between the first metal line (M1) and the second metal line (M2) is filled with a passivation material, and the metal material constituting the first metal line (M1) and the second metal line (M2) is used as needed. A variety of conductive materials can be applied.
도 6은 일 실시예에 따라 3D 집적된 2T0C FeDRAM 셀의 단면도 및 평면도를 도시한다. 도 6a는 그 단면도에, 도 6b는 그 평면도에 관한다. Figure 6 shows a cross-sectional and top view of a 3D integrated 2T0C FeDRAM cell according to one embodiment. Figure 6a is a cross-sectional view, and Figure 6b is a top view.
먼저 도 6a에 도시된 바와 같이, 2T0C FeDRAM 셀에서 FeFET의 강유전성 읽기 트랜지스터와 FET의 쓰기 트랜지스터가 수직으로 집적될 수 있다. 이때, BEOL 공정이 가능한 ITZO와 HZO를 적용하여 3D 집적을 함으로써 고밀도의 범용 메모리 장치를 달성할 수 있음에 주목한다. 즉, FeFET에서 강유전성 물질로 HZO, 산화물 반도체 물질로 ITZO를 적용할 수 있고, FET에서 산화물 반도체 물질로 ITZO를 적용할 수 있다. 한편 FET에서 절연성 물질로는 일례로 10 nm 두께의 Al2O3 박막을 적용할 수 있다. First, as shown in FIG. 6A, in a 2T0C FeDRAM cell, the ferroelectric read transistor of the FeFET and the write transistor of the FET can be vertically integrated. At this time, we note that a high-density general-purpose memory device can be achieved by applying 3D integration by applying ITZO and HZO capable of BEOL processing. In other words, HZO can be applied as a ferroelectric material in FeFET and ITZO can be applied as an oxide semiconductor material, and ITZO can be applied as an oxide semiconductor material in FET. Meanwhile, for example, an Al 2 O 3 thin film with a thickness of 10 nm can be used as an insulating material in the FET.
일 실시예에 따라 3D 집적을 할 때에는 원자층증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)으로 HZO를 성막하는 것보다 상대적으로 추가 어닐링 공정이 저온으로 가능한 이온빔 스퍼터(Ion Beam Sputter)를 이용하여 HZO를 성막할 수 있다. 이는 저온공정이 요구되는 ITZO의 3차원 공정에 유리하다.According to one embodiment, when performing 3D integration, HZO is deposited using an ion beam sputter, which allows an additional annealing process at a relatively low temperature, rather than depositing HZO using Atomic Layer Deposition (ALD). You can. This is advantageous for ITZO's three-dimensional process, which requires low-temperature processes.
도 6b에 도시된 바와 같이, 2T0C FeDRAM 셀에서 FeFET의 강유전성 읽기 트랜지스터상에 FET의 쓰기 트랜지스터가 배치될 수 있다. FET의 게이트에 연결되는 제1 메탈 라인이 도면상 y방향으로 연장한다. FeFET의 드레인에 연결되는 도면상 상단에 위치하는 제2 메탈 라인이 도면상 x방향으로 연장한다. FET의 소오스에 연결되는 도면상 중단에 위치하는 제2 메탈 라인이 도면상 x방향으로 연장한다. 그리고, FeFET의 소오스에 연결되는 도면상 하단에 위치하는 제2 메탈 라인이 도면상 x방향으로 연장한다. 한편, 각 트랜지스터와 메탈 라인간 연결부위를 도면에서 엑스(x)자로 표시하였고, FET의 드레인과 FeFET의 게이트는 상술한 스토리지 노드에서 연결될 수 있는 바 별도의 표시를 하지 않았다.As shown in Figure 6b, in a 2T0C FeDRAM cell, the write transistor of the FET may be placed on the ferroelectric read transistor of the FeFET. The first metal line connected to the gate of the FET extends in the y direction in the drawing. The second metal line located at the top of the drawing connected to the drain of the FeFET extends in the x-direction in the drawing. The second metal line located at the middle of the drawing connected to the source of the FET extends in the x-direction in the drawing. And, the second metal line located at the bottom of the drawing connected to the source of the FeFET extends in the x-direction in the drawing. Meanwhile, the connection portion between each transistor and the metal line is marked with an
도 7은 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM을 종래의 DRAM 타입과 특성을 비교한 그래프이다. Figure 7 is a graph comparing the characteristics of 2T0C FeDRAM according to an embodiment and a conventional DRAM type.
도 7을 참조하면, 1T-1C DRAM의 경우 낮은 리텐션 타임과 파괴적인 읽기 방식을 가지며, 집적도 또한 낮은 편에 해당한다. 2T DRAM의 경우 1T-1C 보다도 낮은 리텐션 타임과 집적도를 가지나, 트랜지스터의 이득을 사용하기에 읽기 및 쓰기의 물리적 경로를 분리하여 비파괴적 방식을 구현하였다. AOS 2T DRAM의 경우 1T-1C 타입 및 2T 타입과 비교하여 비정질 산화물 반도체를 이용함으로써 가장 높은 리텐션 타임을 가지며, 트랜지스터의 이득을 이용함으로써 데이터의 비파괴성을 갖는다. 또한 비트 셀을 BEOL 공정으로 3D 집적이 가능하여 집적도를 높일 수 있다. 일 실시예에 따른 2T-0C FeDRAM의 경우 비파괴적 방식은 물론, 위 세 가지 구조와 비교할 수 없는 단위의 리텐션 타임을 지님을 확인할 수 있다. 또한, 집적도도 매우 높다.Referring to FIG. 7, 1T-1C DRAM has a low retention time and a destructive read method, and also has low integration. In the case of 2T DRAM, it has lower retention time and integration than 1T-1C, but since it uses the gain of the transistor, a non-destructive method was implemented by separating the physical paths for reading and writing. Compared to the 1T-1C type and 2T type, AOS 2T DRAM has the highest retention time by using an amorphous oxide semiconductor, and has non-destructive data by using the gain of a transistor. Additionally, bit cells can be integrated in 3D using the BEOL process, increasing the level of integration. In the case of 2T-0C FeDRAM according to one embodiment, it can be confirmed that it is non-destructive and has a retention time of a unit that is incomparable to the three structures above. Additionally, the degree of integration is very high.
도 8A는 일 실시예에 따른 더블 게이트를 적용한 2T0C FeDRAM 셀의 구조도를 도시한다. 도 8B는 도 8A의 2T0C FeDRAM의 읽기 트랜지스터에 사용되는 FeFET의 전달 곡선(transfer curve)을 바디 전위에 따른 케이스별(Body Potential Fixed 및 Float Body)로 도시한다. 바디 전위 고정(Body Potential Fixed)이 더블 게이트를 적용한 실시예를, 부유 바디(Float Body)가 단일 게이트를 적용한 실시예에 대응한다. 그리고, 도 8C는 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체막 기반의 FeFET의 동작 원리에 관한 모식도이고, 도 8D는 일 실시예에 따른 비정질 산화물 반도체막 기반의 FeFET의 쓰기 상태와 소거 상태에 관한 모식도이다. Figure 8A shows a structural diagram of a 2T0C FeDRAM cell using a double gate according to one embodiment. FIG. 8B shows the transfer curve of the FeFET used in the read transistor of the 2T0C FeDRAM of FIG. 8A for each case (Body Potential Fixed and Float Body) according to the body potential. The Body Potential Fixed corresponds to an embodiment in which a double gate is applied, and the Float Body corresponds to an embodiment in which a single gate is applied. Additionally, FIG. 8C is a schematic diagram of the operating principle of an amorphous oxide semiconductor film-based FeFET according to an embodiment, and FIG. 8D is a schematic diagram of the write state and erase state of an amorphous oxide semiconductor film-based FeFET according to an embodiment. .
도 8A에 도시된 바와 같이, 2T0C FeDRAM의 읽기 트랜지스터를 더블 게이트로 구성함으로써 HZO에 보다 효율적으로 전기장이 작용하도록 할 수 있다. As shown in FIG. 8A, by configuring the read transistor of the 2T0C FeDRAM as a double gate, the electric field can be applied more efficiently to the HZO.
상세하게, 도 8C 및 도 8D를 참조하여 그 원리부터 살펴보면, 게이트에 (+)전압을 걸어주면 채널의 전자가 축적(accumulation)되고 이에 따라 전기장이 효율적으로 HZO에 인가되고 분극을 저장한다. 이러한 HZO의 분극은 강유전성에 의해 유지되며 이로 인해 동작전압(Vth)이 변하여 데이터가 저장된다. 그런데, 채널층으로 사용되는 비정질 산화물 반도체(Amorphous Oxide Semiconductor)는 전자가 많고 정공의 거의 없는 n-타입 반도체로서, 큰 밴드갭의 특성과 함께 게이트에 (-)의 전압을 인가하여도 반전 채널(inversion channel)이 형성되지 않고, HZO에 전압이 효율적으로 인가되지 않는 문제를 발생시킬 수 있다. 즉, 소거(Erase)가 잘 안 되는 문제를 발생시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 채널 위에 탑 게이트(top gate)를 올려주고, 탑 게이트(top gate)에 전압을 인가하여 HZO에 전기장이 효율적으로 작용하게 되어 HZO의 분극이 바뀌게 되고 이로 인해 소거(Erase)가 가능해진다. 즉, 단일 게이트일 때에는 반전 채널이 제대로 형성되지 못해 HZO에 전압이 효율적으로 인가되지 못했으나, 더블 게이트일 때에는 탑 게이트에 인가되는 전압을 통해 HZO에 전압이 효율적으로 인가될 수 있는 것이다. 도 8A의 좌측에 도시된 단면의 트랜지스터가 단일 게이트일 때, 우측에 도시된 단면의 트랜지스터와 같이 소오스와 드레인 위로 패시베이션층(Al2O3)을 형성하고 그 위에 탑 게이트를 올리는 방식으로 더블 게이트를 구현할 수 있다. 패시베이션층 아래의 소오스와 드레인은 비아홀 등을 통해 외부 단자와 연결될 수 있다. 한편, 우측에 도시된 단면에서 하부 게이트가 설명의 편의를 위해 도시되지 않았으나 좌측에 도시된 단면에서와 같은 게이트가 HZO와 P+ Si 사이에 배치되어 하부 게이트로서 구성될 수 있다. In detail, looking at the principle with reference to FIGS. 8C and 8D, when a (+) voltage is applied to the gate, electrons in the channel are accumulated, and thus an electric field is efficiently applied to HZO and polarization is stored. The polarization of HZO is maintained by ferroelectricity, which changes the operating voltage (Vth) and stores data. However, the amorphous oxide semiconductor used as the channel layer is an n-type semiconductor with many electrons and almost no holes, and has a large band gap and an inversion channel ( This may cause problems in which an inversion channel is not formed and voltage is not efficiently applied to the HZO. In other words, it may cause problems with poor erase. To solve this problem, a top gate is placed on the channel, and a voltage is applied to the top gate, so that the electric field effectively acts on the HZO, changing the polarization of the HZO, making erasing possible. It becomes. In other words, in the case of a single gate, the voltage cannot be efficiently applied to the HZO because the inversion channel is not properly formed, but in the case of a double gate, the voltage can be efficiently applied to the HZO through the voltage applied to the top gate. When the transistor in the cross section shown on the left of FIG. 8A is a single gate, a double gate is formed by forming a passivation layer (Al 2 O 3 ) over the source and drain and placing a top gate on top, like the transistor in the cross section shown on the right. can be implemented. The source and drain below the passivation layer can be connected to external terminals through via holes, etc. Meanwhile, in the cross section shown on the right, the lower gate is not shown for convenience of explanation, but the same gate as in the cross section shown on the left may be arranged between HZO and P+ Si to be configured as a lower gate.
도 8B에 도시된 바와 같이, 2T0C FeDRAM의 읽기 트랜지스터를 더블 게이트로 구성함으로써 강유전체의 효과적인 전압 인가로 소거(erase)가 더 잘 되고 메모리 창을 확장시킬 수 있음을 알 수 있다. 도면에서는 메모리 창(MW)이 0.5V에서 1.5V로 확장된 실시예가 도시된다. 메모리 창 확장을 통해 쓰고 읽을 수 있는 데이터 상태(state; 스테이트)가 많아질 수 있다. 즉, 더블 게이트로 인한 큰 메모리 창 확보가 가능하다. As shown in FIG. 8B, it can be seen that by configuring the read transistor of the 2T0C FeDRAM with a double gate, erase can be improved and the memory window can be expanded by effective voltage application of the ferroelectric. The drawing shows an embodiment in which the memory window (MW) is expanded from 0.5V to 1.5V. By expanding the memory window, the number of data states (states) that can be written and read can increase. In other words, it is possible to secure a large memory window due to the double gate.
도 9는 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM의 읽기 트랜지스터에 사용되는 FeFET의 비휘발성 특성 및 내구성 특성 결과를 나타낸다. 도면 좌측에 FeFET에 인가되는 전압 상황이 함께 도시된다. 이를 통해 2T0C FeDRAM은 기존의 DRAM과 달리 데이터 보유시간이 길어 그만큼 더 낮은 전력을 사용할 것으로 기대된다. 이로써 저전력 구동이 가능하며, 비휘발성 특징을 가지게 됨을 알 수 있다. 이에 따르면, 거듭되는 작동에도 불구하고 소자의 특성이 변화하지 않는 내구성을 지닐 수 있다. 즉, 더블 게이트로 구성된 FeFET에서도 데이터 보유시간 증가로 인한 비휘발성 특성 및 내구성을 확인할 수 있다. Figure 9 shows the results of non-volatile characteristics and durability characteristics of FeFET used in a read transistor of 2T0C FeDRAM according to an embodiment. The voltage situation applied to the FeFET is shown on the left side of the figure. Through this, 2T0C FeDRAM, unlike existing DRAM, is expected to use less power due to its longer data retention time. As a result, it can be seen that low-power driving is possible and has non-volatile characteristics. According to this, the device can have durability that does not change its characteristics despite repeated operations. In other words, even in FeFETs composed of double gates, non-volatile characteristics and durability due to increased data retention time can be confirmed.
도 10은 일 실시예에 따른 멀티-레벨 스테이트 2T0C FeFRAM의 비휘발성 결과를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, FeFET의 특성으로 인해 2T0C FeDRAM에서 읽기 동작 시 읽기 트랜지스터의 드레인 전류가 거의 1000s 이상 동안 유지될 수 있다. 2T0C FeDRAM은 동작전압을 여러 가지 상태로 조절 가능하다. 이로써 기존의 DRAM에서의 1 또는 0의 두 가지 상태가 아닌 여러 개의 상태를 저장할 수 있는 Multi-level state의 저장장치로 활용하여 면적 대비 고효율을 달성할 수 있다. 또한 인간의 뇌를 모방한 시냅스와 같은 뉴로몰픽 소자로 활용할 수 있는 가능성을 갖는다. Figure 10 shows non-volatile results of multi-level state 2T0C FeFRAM according to one embodiment. As shown in the figure, due to the characteristics of FeFET, the drain current of the read transistor can be maintained for approximately 1000 s or more during a read operation in 2T0C FeDRAM. 2T0C FeDRAM can adjust the operating voltage to various states. As a result, it is possible to achieve high efficiency relative to area by using it as a multi-level state storage device that can store multiple states rather than the two states of 1 or 0 in existing DRAM. It also has the potential to be used as a neuromorphic device such as a synapse that mimics the human brain.
상술한 일 실시예에 따르면, DRAM의 새로운 물질 및 구조를 제공할 수 있다. 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM은 기존의 DRAM과 달리 리텐션 타임이 높기 때문에 그만큼 더 낮은 전력 사용량을 가지게 되며, 이로써 기존의 DRAM과 달리 저전력, 고효율 구동이 가능하게 된다. 일 실시예에 따른 2T0C FeDRAM에서 제안하는 구조는 읽기와 쓰기의 물리적인 전압 인가 방향이 겹치지 않아 정보의 파괴가 일어나지 않으며, 이로써 기존의 DRAM과 달리 비파괴적 구동이 가능하다. 또한 비정질 산화물 반도체와 강유전체를 이용한 FeDRAM을 3차원으로 고집적화가 가능하다.According to the above-described embodiment, a new material and structure of DRAM can be provided. Unlike existing DRAM, 2T0C FeDRAM according to one embodiment has a high retention time, so it has lower power usage, which enables low-power, high-efficiency operation unlike existing DRAM. In the structure proposed by 2T0C FeDRAM according to one embodiment, the physical voltage application directions for reading and writing do not overlap, so information is not destroyed, and thus, unlike existing DRAM, non-destructive driving is possible. In addition, FeDRAM using amorphous oxide semiconductors and ferroelectrics can be highly integrated in three dimensions.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is only provided to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , those skilled in the art can make various modifications and variations from this description. Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described later as well as all things that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .
Wtr : 쓰기 트랜지스터
Rtr : 강유전성 읽기 트랜지스터
WWL : 쓰기 워드라인
WBL : 쓰기 비트라인
RWL : 읽기 워드라인
RBL : 읽기 비트라인
SN : 스토리지 노드
M1, M1_1, M1_2 : 제1 메탈 라인
M2, M2_1, M2_2, M2_3 : 제2 메탈 라인Wtr: write transistor
Rtr: Ferroelectric read transistor
WWL: Write word line
WBL: write bitline
RWL: read word line
RBL: Read bit line
SN: storage node
M1, M1_1, M1_2: 1st metal line
M2, M2_1, M2_2, M2_3: 2nd metal line
Claims (16)
상기 쓰기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되는 쓰기 워드라인;
상기 쓰기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 쓰기 비트라인;
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 읽기 워드라인; 및
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 드레인 단자에 접속되는 읽기 비트라인;을 포함하되,
상기 쓰기 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되는, 비휘발성 메모리 장치. A memory cell including a write transistor and a ferroelectric read transistor;
a write word line connected to the gate terminal of the write transistor;
a write bit line connected to the source terminal of the write transistor;
a read word line connected to a source terminal of the ferroelectric read transistor; and
A read bit line connected to the drain terminal of the ferroelectric read transistor,
A drain terminal of the write transistor is connected to a gate terminal of the ferroelectric read transistor.
상기 쓰기 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 단자에 스토리지 노드에서 접속되어, 상기 쓰기 트랜지스터의 턴온 상태에서 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 강유전성 물질에 분극 방향을 유도하는, 비휘발성 메모리 장치. According to paragraph 1,
A drain terminal of the write transistor is connected at a storage node to a gate terminal of the ferroelectric read transistor to induce a polarization direction in the ferroelectric material of the ferroelectric read transistor when the write transistor is turned on.
상기 강유전성 물질은 하프늄-지르코늄 옥사이드인, 비휘발성 메모리 장치.According to paragraph 2,
A non-volatile memory device, wherein the ferroelectric material is hafnium-zirconium oxide.
상기 메모리 셀은, 실리콘 기판상에 FEOL 공정으로 집적된 실리콘 CMOS 논리 회로상에 형성되되 BEOL 공정을 통해 수직 방향으로 적층되는, 비휘발성 메모리 장치.According to paragraph 2,
The memory cell is a non-volatile memory device formed on a silicon CMOS logic circuit integrated through a FEOL process on a silicon substrate and vertically stacked through a BEOL process.
상기 메모리 셀은, 상기 강유전성 읽기 트랜지스터상에 상기 쓰기 트랜지스터가 배치되는 순서로 적층되는, 비휘발성 메모리 장치.According to clause 4,
The memory cells are stacked in the order in which the write transistor is placed on the ferroelectric read transistor.
상기 쓰기 트랜지스터에는 채널층으로서 BEOL 공정이 가능한 ITZO를 적용하고, 상기 강유전성 읽기 트랜지스터에는 절연층 및 채널층으로서 각각 BEOL 공정이 가능한 HZO 및 ITZO를 적용한, 비휘발성 메모리 장치. 비휘발성 메모리 장치.According to clause 5,
A non-volatile memory device in which ITZO capable of a BEOL process is applied as a channel layer to the write transistor, and HZO and ITZO capable of a BEOL process are applied as an insulating layer and a channel layer, respectively, to the ferroelectric read transistor. Non-volatile memory device.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터를 형성하는 BEOL 공정에서 상기 절연층은 이온빔 스퍼터를 이용하여 성막되는, 비휘발성 메모리 장치.According to clause 6,
In the BEOL process of forming the ferroelectric read transistor, the insulating layer is formed using ion beam sputtering.
상기 쓰기 트랜지스터의 게이트 구조물은 도전층으로서 게이트 전극, 절연층으로서 절연체막 및 채널층으로서 비정질 산화물 반도체막이 적층된 구조를 가지며,
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 구조물은 도전층으로서 게이트 전극, 절연층으로서 강유전체막 및 채널층으로서 비정질 산화물 반도체막이 적층된 구조를 갖는, 비휘발성 메모리 장치.According to paragraph 1,
The gate structure of the write transistor has a structure in which a gate electrode as a conductive layer, an insulator film as an insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor film as a channel layer are stacked,
A gate structure of the ferroelectric read transistor has a structure in which a gate electrode as a conductive layer, a ferroelectric film as an insulating layer, and an amorphous oxide semiconductor film as a channel layer are stacked.
상기 강유전체막은 HZO(Hafnium-Zirconium Oxide), HfLaO(Hafnium-Lanthanum Oxide), HfSiO(Hafnium-Si Oxide) 및 HfAlO(Hafnium-Aluminium Oxide)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나이고,
상기 비정질 산화물 반도체막은 ITZO(Indium-Tin-Zinc Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc Oxide), InO(Indium Oxide), ZnO(Zinc Oxide)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나인, 비휘발성 메모리 장치.According to clause 8,
The ferroelectric film is any one selected from the group consisting of HZO (Hafnium-Zirconium Oxide), HfLaO (Hafnium-Lanthanum Oxide), HfSiO (Hafnium-Si Oxide), and HfAlO (Hafnium-Aluminium Oxide),
The amorphous oxide semiconductor film is any one selected from the group consisting of Indium-Tin-Zinc Oxide (ITZO), Indium-Gallium-Zinc Oxide (IGZO), Indium Oxide (InO), and Zinc Oxide (ZnO).
상기 강유전성 읽기 트랜지스터는 단일 게이트 트랜지스터인, 비휘발성 메모리 장치. According to paragraph 2,
A non-volatile memory device, wherein the ferroelectric read transistor is a single gate transistor.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터는 바텀 게이트와 탑 게이트를 포함하는 이중 게이트 트랜지스터인, 비휘발성 메모리 장치. According to paragraph 2,
The non-volatile memory device wherein the ferroelectric read transistor is a double gate transistor including a bottom gate and a top gate.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 상기 바텀 게이트에 인가되는 쓰기 전압에 의해 채널에 전자가 축적되고 이에 따라 전기장이 상기 강유전성 물질에 인가되어 분극을 저장하고 상기 저장된 분극은 상기 강유전성 물질에 의해 유지되어 동작전압이 변하여 데이터가 저장되며,
상기 바텀 게이트 및 상기 탑 게이트에 인가되는 소거 전압에 의해 인버젼 채널이 형성되고 이에 따라 전기장이 상기 강유전성 물질에 인가되어 분극이 바뀌고 데이터가 소거되는, 비휘발성 메모리 장치. According to clause 11,
Electrons are accumulated in the channel by the write voltage applied to the bottom gate of the ferroelectric read transistor, and accordingly, an electric field is applied to the ferroelectric material to store polarization, and the stored polarization is maintained by the ferroelectric material to change the operating voltage. Data is stored,
A non-volatile memory device in which an inversion channel is formed by an erase voltage applied to the bottom gate and the top gate, and an electric field is accordingly applied to the ferroelectric material to change polarization and erase data.
상기 비휘발성 메모리 장치는,
쓰기 트랜지스터 및 강유전성 읽기 트랜지스터를 포함하는 메모리 셀;
상기 쓰기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되는 쓰기 워드라인;
상기 쓰기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 쓰기 비트라인;
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 소오스 단자에 접속되는 읽기 워드라인; 및
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 드레인 단자에 접속되는 읽기 비트라인;을 포함하되,
상기 쓰기 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되며,
상기 쓰기 워드라인 및 상기 쓰기 비트라인을 통해 제1 쓰기 제어전압을 상기 쓰기 트랜지스터에 인가하고 상기 읽기 워드라인 및 상기 읽기 비트라인을 통해 제2 쓰기 제어전압을 상기 강유전성 읽기 트랜지스터에 인가하여 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 강유전성 물질에 분극 방향을 쓰기하는 단계; 및
상기 쓰기 워드라인 및 상기 쓰기 비트라인을 통해 제1 읽기 제어전압을 상기 쓰기 트랜지스터에 인가하고 상기 읽기 워드라인 및 상기 읽기 비트라인을 통해 제2 읽기 제어전압을 상기 강유전성 읽기 트랜지스터에 인가하여 상기 분극 방향에 따라 달라지는 상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 드레인 전류로부터 데이터를 읽기하는 단계;를 포함하는, 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법. A method of operating a non-volatile memory device, comprising:
The non-volatile memory device,
a memory cell including a write transistor and a ferroelectric read transistor;
a write word line connected to the gate terminal of the write transistor;
a write bit line connected to the source terminal of the write transistor;
a read word line connected to a source terminal of the ferroelectric read transistor; and
A read bit line connected to the drain terminal of the ferroelectric read transistor,
The drain terminal of the write transistor is connected to the gate terminal of the ferroelectric read transistor,
A first write control voltage is applied to the write transistor through the write word line and the write bit line, and a second write control voltage is applied to the ferroelectric read transistor through the read word line and the read bit line to perform the ferroelectric read operation. writing the polarization direction into the ferroelectric material of the transistor; and
A first read control voltage is applied to the write transistor through the write word line and the write bit line, and a second read control voltage is applied to the ferroelectric read transistor through the read word line and the read bit line to change the polarization direction. A method of operating a non-volatile memory device comprising; reading data from a drain current of the ferroelectric read transistor that varies depending on.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터는 단일 게이트 트랜지스터인, 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법.According to clause 13,
A method of operating a non-volatile memory device, wherein the ferroelectric read transistor is a single gate transistor.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터는 바텀 게이트와 탑 게이트를 포함하는 이중 게이트 트랜지스터인, 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법.According to clause 13,
A method of operating a non-volatile memory device, wherein the ferroelectric read transistor is a double gate transistor including a bottom gate and a top gate.
상기 강유전성 읽기 트랜지스터의 상기 바텀 게이트에 인가되는 쓰기 전압에 의해 채널에 전자가 축적되고 이에 따라 전기장이 상기 강유전성 물질에 인가 되어 분극을 저장하고 상기 저장된 분극은 상기 강유전성 물질에 의해 유지되어 동작전압이 변하여 데이터가 저장되며,
상기 바텀 게이트 및 상기 탑 게이트에 인가되는 소거 전압에 의해 인버젼 채널이 형성되고 이에 따라 전기장이 상기 강유전성 물질에 인가되어 분극이 바뀌고 데이터가 소거되는, 비휘발성 메모리 장치.According to clause 13,
Electrons are accumulated in the channel by the write voltage applied to the bottom gate of the ferroelectric read transistor, and accordingly, an electric field is applied to the ferroelectric material to store polarization, and the stored polarization is maintained by the ferroelectric material to change the operating voltage. Data is stored,
A non-volatile memory device in which an inversion channel is formed by an erase voltage applied to the bottom gate and the top gate, and an electric field is accordingly applied to the ferroelectric material to change polarization and erase data.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US18/541,812 US12250823B2 (en) | 2022-12-16 | 2023-12-15 | Non-volatile memory device and its operating method |
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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KR20240095043A true KR20240095043A (en) | 2024-06-25 |
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Family Applications (1)
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KR1020230181567A Pending KR20240095043A (en) | 2022-12-16 | 2023-12-14 | Non-volatile memory device and its operating method |
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2023
- 2023-12-14 KR KR1020230181567A patent/KR20240095043A/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20231214 |
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PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20231214 Comment text: Patent Application |
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PG1501 | Laying open of application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20250325 Patent event code: PE09021S01D |