发明名称 非挥发性铁电记忆体装置
摘要 本发明提供一种非挥发性铁电记忆体装置,以利于使用一非挥发性记忆体单元之一通道电阻而控制其读取/写入操作,该通道电阻藉由一铁电材料之极性状态而呈差异化。在该记忆体装置中,一绝缘层形成于一底部字元线上,及一包含一P型汲极区、一P型通道区及一P型源极区之浮动通道层形成于绝缘层上。随后,一铁电层形成于该浮动通道层之该通道区上,及一字元线形成于该铁电层上。结果,被诱导至该通道区之电阻状态系依据该铁电层之极性而受到控制,藉此调整该记忆体单元阵列之读取/写入操作。
申请公布号 TWI279799 申请公布日期 2007.04.21
申请号 TW094113094 申请日期 2005.04.25
申请人 海力士半导体股份有限公司 发明人 姜熙福;安进弘;李在真
分类号 G11C11/22(2006.01);H01L27/108(2006.01) 主分类号 G11C11/22(2006.01)
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种非挥发性铁电记忆体装置,其包含: 一绝缘层,其形成于一底部字元线上; 一浮动通道层,其包含一形成于该绝缘层上且保持 在一浮动状态之P型通道区、连接于该通道区二侧 之一P型汲极区及一P型源极区; 一铁电层,其形成于该浮动通道层之该通道区上; 及 一字元线,其形成于该铁电层上, 其中不同之通道电阻系依据该铁电层之极性状态 而被诱导至该通道区,使该资料破读取及写入。 2.如请求项1之非挥发性铁电记忆体装置,其中该浮 动通道层系由碳奈米管、矽及锗之至少一者构成 。 3.如请求项1之非挥发性铁电记忆体装置,其中当正 电荷系依据该铁电层之极性而被诱导至该通道区, 以造成一低电阻状态时,该浮动通道层之一通道即 导通,及当负电荷系依据该铁电层之极性而被诱导 至该通道区,以造成一高电阻状态时,该通道即切 断。 4.如请求项1之非挥发性铁电记忆体装置,其中当正 电荷被诱导至该通道区,同时一接地电压施加于该 底部字元线、一负电压施加于该字元线及一接地 电压施加于该汲极区与该源极区时,该浮动通道层 即写入高资料,及 当一具有正値之读取电压施加于该底部字元线,且 一接地电压施加于该字元线以至于该浮动通道层 之该通道导通时,该浮动通道层即读取高资料。 5.如请求项1之非挥发性铁电记忆体装置,其中当一 负电压施加于该底部字元线、一接地电压施加于 该字元线及一负电压施加于该汲极区与该源极区, 以至于负电荷被诱导至该通道区时,该浮动通道层 即写入低资料,及 当一具有正値之读取电压施加于该底部字元线,且 一接地电压施加于该字元线以至于该浮动通道层 之该通道切断时,该浮动通道层即读取低资料。 6.一种非挥发性铁电记忆体装置,其包含一单位单 元阵列,该单位单元阵列包括: 复数条底部字元线; 复数个绝缘层,其分别形成于该等复数条底部字元 线上; 一浮动通道层,其包含复数个位于该等复数个绝缘 层上之P型通道区、及交替地串联于该等复数个P 型通道区之P型汲极与源极区; 复数个铁电层,其分别形成于该浮动通道层之该等 复数个P型通道区上;及 复数条字元线,其分别形成于该等复数个铁电层上 , 其中该单位单元阵列系藉由依据该等复数个铁电 层之极性状态而将不同之通道电阻诱导至该等复 数个P型通道区,而读取及写入复数个资料。 7.如请求项6之非挥发性铁电记忆体装置,其中该单 位单元阵列包括复数个层,且该等复数个层各由一 绝缘层分隔。 8.一种非挥发性铁电记忆体装置,其包含: 复数个记忆体单元,其切换操作系分别依据施加于 复数条字元线与复数条底部字元线之电压、及串 联于复数个浮动通道层之处,而选择性地控制; 一第一切换元件,其反应于一第一选择信号,以将 该等复数个记忆体单元选择性地连接于一位元线; 一第二切换元件,其反应于一第二选择信号,以将 该等复数个记忆体单元选择性地连接于一感测线, 其中该等复数个记忆体单元各包含: 一绝缘层,其形成于该底部字元线上; 该浮动通道层,其包含一形成于该绝缘层上且保持 在一浮动状态之P型通道区、连接于该通道区二侧 之一P型汲极区及一P型源极区; 一铁电层,其形成于该浮动通道层之该通道区上; 及 一字元线,其形成于该铁电层上。 9.如请求项8之非挥发性铁电记忆体装置,其中当高 资料被写入该等复数个记忆体单元内时,该第一切 换元件及该第二切换元件保持导通,当低资料被写 入该等复数个记忆体单元内时,该第一选择信号变 成一高位准且该第二选择信号变成一负电压位准 。 10.如请求项8之非挥发性铁电记忆体装置,其中当 一接地电压施加于该底部字元线、一负电压施加 于该字元线及一接地电压施加于该位元线与该感 测线时,自该等复数个记忆体单元中选出之一者即 写入高资料,及 当一负电压施加于该底部字元线、一接地电压施 加于该字元线及一负电压施加于该位元线时,自该 等复数个记忆体单元中选出之一者即写入低资料 。 11.如请求项10之非挥发性铁电记忆体装置,其中当 高资料被写入时,连接于未自该等复数个记忆体单 元中选出者之复数条字元线与底部字元线皆保持 在一低状态。 12.如请求项10之非挥发性铁电记忆体装置,其中当 低资料被写入时,连接于未自该等复数个记忆体单 元中选出者之复数条字元线皆保持在一低状态,且 复数条底部字元线皆保持在一负电压状态。 13.如请求项8之非挥发性铁电记忆体装置,其中当 一具有正値之读取电压施加于该底部字元线及一 接地电压施加于该字元线时,自该等复数个记忆体 单元中选出之一者系依据一流入该浮动通道层之 电流値而读取资料。 14.如请求项8之非挥发性铁电记忆体装置,其中该 浮动通道层尚包含一由一金属电导体构成之连接 线,其用于将该P型汲极与源极区连接于该第一切 换元件与该第二切换元件。 15.一种非挥发性铁电记忆体装置,其包含: 复数条位元线,系配置于一行方向中; 复数条感测线,系配置垂直于该等复数条位元线; 复数个记忆体单元,系配置于该等复数条位元线与 该等复数条感测线相交之行与列方向中;及 复数个感测放大器,其系逐一连接于该等复数条位 元线, 其中该等复数个记忆体单元各包含: 一绝缘层,其形成于一底部字元线上; 该浮动通道层,其包含一形成于该绝缘层上且保持 在一浮动状态之P型通道区、连接于该通道区二侧 之一P型汲极区及一P型源极区; 一铁电层,其形成于该浮动通道层之该通道区上; 及 一字元线,其形成于该铁电层上。 16.如请求项15之非挥发性铁电记忆体装置,其中该 等复数个记忆体单元各尚包含: 一第一切换元件,其反应于一第一选择信号,以将 该等复数个记忆体单元选择性地连接于一位元线; 及 一第二切换元件,其反应于一第二选择信号,以将 该等复数个记忆体单元选择性地连接于一感测线 。 17.如请求项16之非挥发性铁电记忆体装置,其中当 高资料被写入该等复数个记忆体单元内时,该第一 切换元件及该第二切换元件保持导通,当低资料被 写入该等复数个记忆体单元内时,该第一选择信号 变成一高电压位准且该第二选择信号变成一负电 压位准。 18.如请求项15之非挥发性铁电记忆体装置,其中当 一接地电压施加于该底部字元线、一负电压施加 于该字元线及一接地电压施加于该位元线与该感 测线时,自该等复数个记忆体单元中选出之一者即 写入高资料,及 当一负电压施加于该底部字元线、一接地电压施 加于该字元线及一负电压施加于该位元线时,自该 等复数个记忆体单元中选出之一者即写入低资料 。 19.如请求项16之非挥发性铁电记忆体装置,其中该 第一切换元件及该第二切换元件在该等复数个记 忆体单元之读取模式时皆保持导通。 20.如请求项19之非挥发性铁电记忆体装置,其中当 一具有正値之读取电压施加于该底部字元线及一 接地电压施加于该字元线时,自该等复数个记忆体 单元中选出之一者系依据一流入该浮动通道层之 电流値而读取资料。 图式简单说明: 图1系一截面图,说明习知非挥发性铁电记忆体装 置; 图2a至2c系示意图,说明本发明实施例之一非挥发 性铁电记忆体装置之一单元截面及其符号; 图3a至3c系示意图,说明在本发明实施例之非挥发 性铁电记忆体装置之高资料上之写入与读取操作; 图4a至4c系示意图,说明在本发明实施例之非挥发 性铁电记忆体装置之低资料上之写入与读取操作; 图5系一布局截面图,说明本发明实施例之非挥发 性铁电记忆体装置; 图6a及6b系截面图,说明本发明实施例之非挥发性 铁电记忆体装置; 图7系一截面图,说明本发明实施例之非挥发性铁 电记忆体装置具有一多层结构; 图8系一示意图,说明本发明另一实施例之非挥发 性铁电记忆体装置之一单元阵列; 图9系一示意图,说明在图8之非挥发性铁电记忆体 装置之低资料上之一读取操作; 图10系一示意图,说明在图8之非挥发性铁电记忆体 装置之高资料上之一读取操作; 图11系一示意图,说明图8之非挥发性铁电记忆体装 置之一单元阵列; 图12系一示意图,说明本发明实施例之一非挥发性 铁电记忆体装置之阵列; 图13系一示意图,说明本发明实施例之非挥发性铁 电记忆体装置之一写入操作; 图14系一时序图,说明本发明实施例之非挥发性铁 电记忆体装置内之高资料之写入操作; 图15系一时序图,说明本发明实施例之非挥发性铁 电记忆体装置内低资料之写入操作及高资料之维 持;及 图16系一时序图,说明本发明实施例之非挥发性铁 电记忆体装置内之单元资料之一感测操作。
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