(57)【要約】【課題】パッドオキサイドレイヤーを通じてチャージトラップレイヤーの間で電子を移動させる不揮発性メモリ装置及びプログラミング方法を提供する。【解決手段】半導体基板と、半導体基板上に位置し、電子を保存できる第１チャージトラップレイヤーと、第１チャージトラップレイヤー上に位置するパッドオキサイドレイヤーと、パッドオキサイドレイヤー上に位置し、電子を保存できる第２チャージトラップレイヤーと、を備え、データを書き込むプログラミングモードで、パッドオキサイドレイヤーを通じて、第１チャージトラップレイヤーの第１エッジと第２チャージトラップレイヤーの第１エッジとの間で電子を移動させるか、またはパッドオキサイドレイヤーを通じて、第１チャージトラップレイヤーの第２エッジと第２チャージトラップレイヤーの第２エッジとの間で電子を移動させる不揮発性メモリ装置である。【選択図】図２Ａ
2009038370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に位置し、電子を保存できる第１チャージトラップレイヤーと、
前記第１チャージトラップレイヤー上に位置するパッドオキサイドレイヤーと、
前記パッドオキサイドレイヤー上に位置し、電子を保存できる第２チャージトラップレイヤーと、を備え、
データを書き込むプログラミングモードで、前記パッドオキサイドレイヤーを通じて、前記第１チャージトラップレイヤーの第１位置と前記第２チャージトラップレイヤーの第１位置との間で電子を移動させるか、または前記パッドオキサイドレイヤーを通じて、前記第１チャージトラップレイヤーの第２位置と前記第２チャージトラップレイヤーの第２位置との間で電子を移動させることを特徴とする不揮発性メモリ装置。
【請求項２】
前記第１チャージトラップレイヤーの第１位置及び第２位置は、前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジであり、
前記第２チャージトラップレイヤーの第１位置及び第２位置は、前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジであることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項３】
データ値に基づいて、
前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの間で電子を移動させないか、
前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジに電子を移動させるか、
前記第１チャージトラップレイヤーの第２エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第２エッジに電子を移動させるか、
または、前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジから、前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジに電子をそれぞれ移動させることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項４】
前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの第１エッジは、前記半導体基板の位置のうち第１半導体基板位置に対応し、
前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの第２エッジは、前記半導体基板の位置のうち第２半導体基板位置に対応し、
前記半導体基板の中央は、前記半導体基板の位置のうち第２半導体基板位置であることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項５】
前記データ値に基づいて、前記第１半導体基板位置と、前記第２半導体基板位置と、第３半導体基板位置とのうちの一つの位置に第１電圧を印加し、
前記第１電圧は、制御ゲート電圧より低い電圧であることを特徴とする請求項４に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項６】
前記制御ゲート電圧は、正の値を有し、
前記第１電圧は、接地電圧であり、
前記第１ないし第３半導体基板位置のうち、前記第１電圧が印加されない位置をフローティングさせることを特徴とする請求項５に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項７】
前記半導体基板の位置のうち、前記チャージトラップレイヤーの第１エッジに対応する第１半導体基板位置に形成される第１ドーピング領域と、
前記半導体基板の位置のうち、前記チャージトラップレイヤーの第２エッジに対応する第２半導体基板位置に形成される第２ドーピング領域と、をさらに備え、
前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジに電子を移動させるために、前記第１ドーピング領域に制御ゲート電圧より低い第１電圧を印加し、
前記第１チャージトラップレイヤーの第２エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第２エッジに電子を移動させるために、前記第２ドーピング領域に前記第１電圧を印加し、
前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジから、前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジに電子をそれぞれ移動させるために、前記半導体基板の中央に対応する第３半導体基板位置に前記第１電圧を印加することを特徴とする請求項４に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項８】
前記第１電圧は、接地電圧であり、
前記第１ないし第３半導体基板位置のうち、前記第１電圧が印加されない位置をフローティングさせることを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項９】
前記第１ドーピング領域は、第１ハイドーピング領域と第１ロードーピング領域とを備え、
前記第２ドーピング領域は、第２ハイドーピング領域と第２ロードーピング領域とを備え、
前記第１ロードーピング領域及び前記第２ロードーピング領域は、前記第１電圧を受信するか、またはフローティングされることを特徴とする請求項８に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１０】
前記第１チャージトラップレイヤーと前記第２チャージトラップレイヤーとの間で電子を移動させるために、前記パッドオキサイドレイヤーを通じて電子をトンネリングさせることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１１】
前記不揮発性メモリ装置に書き込まれたデータを読み取る読み取りモードで、
前記半導体基板上で第１方向に流れる第１電流と、前記第１方向と逆方向である第２方向に流れる第２電流とを比較した結果に基づいて、データ値を検出することを特徴とする請求項２に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１２】
前記半導体基板上に形成され、前記第１チャージトラップレイヤーの下部に形成されるトンネリングオキサイドレイヤーをさらに備え、
前記プログラミングモード以前の初期モードで、前記トンネリングオキサイドレイヤーを通じて、前記半導体基板から前記第１チャージトラップレイヤーと第２チャージトラップレイヤーとに電子を注入させることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１３】
ＣＨＥＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｈｏｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を利用して、前記半導体基板から前記第１チャージトラップレイヤーと前記第２チャージトラップレイヤーとに電子を注入することを特徴とする請求項１２に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１４】
前記半導体基板から前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの第２エッジに電子を注入した後、前記半導体基板から前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの第１エッジに電子を注入することを特徴とする請求項１２に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１５】
半導体基板と、
前記半導体基板上に順次に形成され、電子を保存できる第１ないし第ｎ（ｎは、自然数）チャージトラップレイヤーと、
前記第１ないし第ｎチャージトラップレイヤーの間にそれぞれ形成される第１ないし第ｎ−１パッドオキサイドレイヤーと、を備え、
データを書き込むプログラミングモードで、第ｉ（ｉは、ｎ−１以下の自然数）パッドオキサイドレイヤーを通じて、第ｉチャージトラップレイヤーの第１エッジと第ｉ＋１チャージトラップレイヤーの第１エッジとの間で電子を移動させるか、または前記第ｉパッドオキサイドレイヤーを通じて、前記第ｉチャージトラップレイヤーの第２エッジと前記第ｉ＋１チャージトラップレイヤーの第２エッジとの間で電子を移動させることを特徴とする不揮発性メモリ装置。
【請求項１６】
上位に配置されるパッドオキサイドレイヤーであるほど、パッドオキサイドレイヤーの厚さが厚くなることを特徴とする請求項１５に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１７】
上位に配置されるパッドオキサイドレイヤーであるほど、パッドオキサイドレイヤーの誘電率が低くなることを特徴とする請求項１５に記載の不揮発性メモリ装置。
【請求項１８】
半導体基板上に形成される第１チャージトラップレイヤーと第２チャージトラップレイヤーとの間にパッドオキサイドレイヤーを備える不揮発性メモリ装置のプログラミング方法において、
初期モードで、前記半導体基板から前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの第１エッジと第２エッジとに電子を注入する電子注入ステップと、
プログラミングモードで、データ値に基づいて、前記パッドオキサイドレイヤーを通じて、前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジの電子を前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジに移動させるか、または前記パッドオキサイドレイヤーを通じて、前記第１チャージトラップレイヤーの第２エッジの電子を前記第２チャージトラップレイヤーの第２エッジに移動させるプログラミングステップと、を含むことを特徴とする不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【請求項１９】
前記プログラミングステップは、
前記データ値に基づいて、
前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの間で電子を移動させないか、
前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジに電子を移動させるか、
前記第１チャージトラップレイヤーの第２エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第２エッジに電子を移動させるか、
または、前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジから、前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジに電子を移動させることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの第１エッジは、前記半導体基板の位置のうち第１半導体基板位置に対応し、
前記第１及び第２チャージトラップレイヤーの第２エッジは、前記半導体基板の位置のうち第２半導体基板位置に対応し、
前記半導体基板の中央は、前記半導体基板の位置のうち第２半導体基板位置であることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【請求項２１】
前記データ値に基づいて、前記第１半導体基板位置と、前記第２半導体基板位置と、前記第３半導体基板位置とのうちの一つの位置に第１電圧を印加し、
前記第１電圧は、制御ゲート電圧より低い電圧であることを特徴とする請求項２０に記載の不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【請求項２２】
前記制御ゲート電圧は、正の値を有し、
前記第１電圧は、接地電圧であり、
前記第１ないし第３半導体基板位置のうち、前記第１電圧が印加されない位置をフローティングさせることを特徴とする請求項２１に記載の不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【請求項２３】
前記プログラミングステップは、
前記第１チャージトラップレイヤーと前記第２チャージトラップレイヤーとの間で電子を移動させるために、前記パッドオキサイドレイヤーを通じて電子をトンネリングさせることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【請求項２４】
前記電子注入ステップは、
ＣＨＥＩを利用して、前記半導体基板から前記第１及び第２チャージトラップレイヤーに電子を注入することを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【請求項２５】
前記半導体基板上の両方向に電流を流し、
前記半導体基板上で第１方向に流れる第１電流と、前記第１方向と逆方向である第２方向に流れる第２電流とを比較した結果に基づいて、前記プログラミングされたデータを検出する読み取りステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ装置のプログラミング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性メモリ装置及びプログラミング方法に係り、特にパッドオキサイドレイヤーを通じて、チャージトラップレイヤー間で電子を移動させる不揮発性メモリ装置及びプログラミング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的に消去及びプログラムが可能な不揮発性メモリ装置は、電源が供給されない状態でもデータを保存できる特徴を有しており、代表的なものとしてフラッシュメモリがある。
【０００３】
フラッシュメモリは、電荷保存を利用してデータを保存する素子である。フラッシュメモリを構成するそれぞれのメモリセルは、制御ゲート、電荷保存層、ソース及びドレインを備えるセルトランジスタで構成される。フラッシュメモリは、電荷保存層の電荷量を調節することによって、メモリセルに書き込まれたデータ値を変更する。
【０００４】
電荷保存層に負電荷があってセルトランジスタのしきい電圧(a threshold voltage)が負（マイナス）である状態を消去状態とし、電荷保存層に電子が注入されてセルトランジスタのしきい電圧が０より大きくなった状態をプログラム状態とする。
【０００５】
このように電荷保存層の電荷量を調節することによって、セルトランジスタのしきい電圧を変更させうる。電荷保存層の電荷量を調節するために、電荷保存層にホットエレクトロンを注入するか、またはホットエレクトロンを電荷保存層から放出させる。しかし、ホットエレクトロンを注入または放出させる場合には、オキサイドの劣化が進むという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、パッドオキサイドレイヤーを通じてチャージトラップレイヤー間で電子を移動させる不揮発性メモリ装置を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、パッドオキサイドレイヤーを通じてチャージトラップレイヤー間で電子を移動させる不揮発性メモリ装置のプログラミング方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明による不揮発性メモリ装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に位置し、電子を保存できる第１チャージトラップレイヤーと、前記第１チャージトラップレイヤー上に位置するパッドオキサイドレイヤーと、前記パッドオキサイドレイヤー上に位置し、電子を保存できる第２チャージトラップレイヤーと、を備える。本発明による不揮発性メモリ装置は、データを書き込むプログラミングモードで、前記パッドオキサイドレイヤーを通じて、前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジと前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジとの間で電子を移動させるか、または前記パッドオキサイドレイヤーを通じて、前記第１チャージトラップレイヤーの第２エッジと前記第２チャージトラップレイヤーの第２エッジとの間で電子を移動させる。
【０００８】
本発明による不揮発性メモリ装置は、プログラミングモードで、第１チャージトラップレイヤー及び第２チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジで電子を個別的に移動させる。
【０００９】
本発明による不揮発性メモリ装置は、前記半導体基板の位置のうち、前記チャージトラップレイヤーの第１エッジに対応する第１半導体基板位置に形成される第１ドーピング領域と、前記半導体基板の位置のうち、前記チャージトラップレイヤーの第２エッジに対応する第２半導体基板位置に形成される第２ドーピング領域と、をさらに備える。本発明による不揮発性メモリ装置は、前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジに電子を移動させるために、前記第１ドーピング領域に制御ゲート電圧より低い第１電圧を印加し、前記第１チャージトラップレイヤーの第２エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第２エッジに電子を移動させるために、前記第２ドーピング領域に前記第１電圧を印加し、前記第１チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジから前記第２チャージトラップレイヤーの第１エッジ及び第２エッジに電子をそれぞれ移動させるために、前記半導体基板の中央に対応する第３半導体基板位置に前記第１電圧を印加する。
【００１０】
前記第１電圧は、接地電圧でありうる。前記第１ないし第３半導体基板位置のうち、前記第１電圧が印加されない位置はフローティングされる。
【００１１】
本発明による不揮発性メモリ装置は、前記不揮発性メモリ装置に書き込まれたデータを読み取る読み取りモードで、前記半導体基板上で第１方向に流れる第１電流と、前記第１方向と逆方向である第２方向に流れる第２電流とを比較した結果に基づいて、前記データ値を検出できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による不揮発性メモリ装置及びプログラミング方法は、ホットエレクトロンの注入またはホットエレクトロンの注入を利用してプログラミングを行わず、パッドオキサイドレイヤーを通じた電子遷移を利用してプログラミングを行う。これにより、トンネルオキサイドレイヤーの劣化を防止でき、電力消耗を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明、本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び図面に記載された内容を参照せねばならない。
【００１４】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することにより、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は、同じ部材を示す。
本明細書では、説明の便宜のために、第１エッジ（第１位置）及び第２エッジ（第２位置）を左側に位置するエッジ及び右側に位置するエッジとそれぞれ仮定したが、これに限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置を示す図面である。
本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、半導体基板１１０、第１チャージトラップレイヤー１５０、パッドオキサイドレイヤー１６０及び第２チャージトラップレイヤー１７０を備える。第１チャージトラップレイヤー１５０、パッドオキサイドレイヤー１６０及び第２チャージトラップレイヤー１７０は、半導体基板１１０上に順次に積層される。すなわち、パッドオキサイドレイヤー１６０は、第１チャージトラップレイヤー１５０と第２チャージトラップレイヤー１７０との間に形成される。
【００１６】
本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、パッドオキサイドレイヤー１６０を通じて、第１チャージトラップレイヤー１５０と第２チャージトラップレイヤー１７０との間で電子を移動させる。
【００１７】
さらに、本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、プログラミングモードで、第１チャージトラップレイヤー１５０及び第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジの間及び第２エッジの間で電子を個別的に移動させる。さらに説明すれば、パッドオキサイドレイヤー１６０を通じて、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジと第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジとの間で電子を移動させるか、またはパッドオキサイドレイヤー１６０を通じて、第１チャージトラップレイヤー１５０の第２エッジと第２チャージトラップレイヤー１７０の第２エッジとの間で電子を移動させる。または、第１エッジ間及び第２エッジ間のいずれにおいても電子を移動させることもあり、第１エッジ間及び第２エッジ間のいずれにおいても電子を移動させないこともある。
【００１８】
このように、第１エッジ間及び第２エッジ間で電子を個別的に移動させることによって、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とを個別的に調節できる。さらに説明すれば、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジと第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジとの間で電子を移動させないことによって、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジと第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジとに電子がいずれも存在する場合、第１エッジ側のしきい電圧は高くなる。一方、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジの電子が第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジに移動することによって、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジに電子が存在せず、第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジに電子が存在する場合、第１エッジ側のしきい電圧は低くなる。これと同様に、第２エッジ側のしきい電圧も、高い状態と低い状態とを選択的に有しうる。
【００１９】
以下、図２を参照して、本発明による不揮発性メモリ装置のプログラミング動作を説明する。
図２Ａないし図２Ｄは、図１の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作及び読み取り動作を説明するための図面である。
【００２０】
図２Ａは、第１エッジ１５０ａと第１エッジ１７０ａとの間及び第２エッジ１５０ｂと第２エッジ１７０ｂとの間のいずれにおいても電子を移動させない形態を示す。この場合、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａ及び第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａに電子がいずれも存在するため、第１エッジ側のしきい電圧は高い。また、第１チャージトラップレイヤー１５０の第２エッジ１５０ｂ及び第２チャージトラップレイヤー１７０の第２エッジ１７０ｂに電子がいずれも存在するため、第２エッジ側のしきい電圧は高い。すなわち、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とはいずれも高い。
【００２１】
図２Ｂは、第１エッジ１５０ａと第１エッジ１７０ａとの間及び第２エッジ１５０ｂと第２エッジ１７０ｂとの間のいずれにおいても電子を移動させた形態を示す。この場合、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａ及び第２エッジ１５０ｂには電子が存在せず、第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａ及び第２エッジ１７０ｂには電子が存在する。これにより、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とはいずれも低い。
【００２２】
図２Ｃは、第１チャージトラップレイヤー１５０の第２エッジ１５０ｂから第２チャージトラップレイヤー１７０の第２エッジ１７０ｂに電子を移動させ、第１エッジ１５０ａと第１エッジ１７０ａとの間では電子を移動させない形態を示す。この場合、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａ及び第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａに電子がいずれも存在するため、第１エッジ側のしきい電圧は高い。一方、第１チャージトラップレイヤー１５０の第２エッジ１５０ｂには電子が存在せず、第２チャージトラップレイヤー１７０の第２エッジ１７０ｂには電子が存在するため、第２エッジ側のしきい電圧は低い。
【００２３】
図２Ｄは、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａから第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａに電子を移動させ、第２エッジ１５０ｂと第２エッジ１７０ｂとの間では電子を移動させない形態を示す。この場合、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａには電子が存在せず、第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａには電子が存在するため、第１エッジ側のしきい電圧は低い。一方、第１チャージトラップレイヤー１５０の第２エッジ１５０ｂ及び第２チャージトラップレイヤー１７０の第２エッジ１７０ｂのいずれにも電子が存在するため、第２エッジ側のしきい電圧は高い。
【００２４】
このように、本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、第１エッジ間及び第２エッジ間で電子を個別的に移動させることによって、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とを個別的に調節できる。第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とは、それぞれ高い状態と低い状態とを選択的に有しうるので、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧との論理的組み合わせは四つである。したがって、本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、四つの論理的組み合わせを利用して２ビットのデータを保存できる。図３には、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧との論理的組み合わせ結果が示される。図３の四つの論理的組み合わせ結果は、データ（０，０），（０，１），（１，０），（１，１）にそれぞれ対応する。
【００２５】
第１エッジの間及び第２エッジの間で電子を個別的に移動させるために、本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、半導体基板１１０上の特定の位置に制御ゲート電圧より低い第１電圧を印加できる。制御ゲート電圧は、正の値であり、第１電圧は、接地電圧でありうるが、他の電圧レベルを有してもよい。制御ゲート電圧より低い第１電圧が半導体基板１１０上に印加されれば、第１電圧が印加された位置と制御ゲート電圧が印加された位置との間に電位差が発生する。これにより、第１電圧が印加された位置に存在する電子が下部から上部に移動する。
【００２６】
第１電圧が印加される位置は、半導体基板１１０の位置のうち左側位置である第１半導体基板位置、半導体基板１１０の位置のうち右側位置である第２半導体基板位置、及び半導体基板１１０の位置のうち中央位置である第３半導体基板位置でありうる。
【００２７】
半導体基板１１０の位置のうち、チャージトラップレイヤー１５０，１７０の第１エッジ１５０ａ，１７０ａに対応する第１半導体基板位置と、半導体基板の位置のうち、チャージトラップレイヤー１５０，１７０の第２エッジ１５０ｂ，１７０ｂに対応する第２半導体基板位置と、半導体基板１１０の中央に対応する第３半導体基板位置とのうちの一つの位置に第１電圧を印加できる。
【００２８】
第１半導体基板位置は、第１ドーピング領域１２１であり、第２半導体基板位置は、第２ドーピング領域１３１でありうる。図１及び図２に示すように、第１ドーピング領域１２１は、チャージトラップレイヤー１５０，１７０の第１エッジ１５０ａ，１７０ａ側に形成され、第２ドーピング領域１３１は、チャージトラップレイヤー１５０，１７０の第２エッジ１５０ｂ，１７０ｂ側に形成される。第３半導体基板位置は、半導体基板１１０の下端の中央付近でありうる。
【００２９】
第１半導体基板位置及び第２半導体基板位置は、必ずしもドーピング領域でなければならないものではなく、半導体基板上で第１エッジ及び第２エッジ側の特定の位置でありうる。ただし、以下では、説明の便宜のために、第１半導体基板位置は、第１ドーピング領域１２１であり、第２半導体基板位置は、第２ドーピング領域１３１であると仮定する。また、第１電圧は、接地電圧であると仮定する。
【００３０】
図２Ａないし図２Ｄを参照して、第１電圧を半導体基板の特定の位置に印加することによって、第１エッジ間及び第２エッジ間で電子を個別的に移動させる動作を説明する。
【００３１】
図２Ａには、第１電圧が半導体基板上に印加されない形態が示される。この場合、第１チャージトラップレイヤー１５０に存在する電子は、第２チャージトラップレイヤー１７０に移動しない。
【００３２】
図２Ｂには、第１電圧（接地電圧ＧＮＤ）が第３半導体基板位置に印加される形態が示される。第３半導体基板位置は、半導体基板の中央であるので、半導体基板の中央に印加された第１電圧（接地電圧）と制御ゲート電圧との電位差に起因して、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａ及び第２エッジ１５０ｂに存在する電子は、第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａ及び第２エッジ１７０ｂに移動する。
【００３３】
図２Ｃには、第１電圧（接地電圧ＧＮＤ）が第２ドーピング領域１３１に印加される形態が示される。この場合、第１チャージトラップレイヤー１５０の第２エッジ１５０ｂに存在する電子は、第２チャージトラップレイヤー１７０の第２エッジ１７０ｂに移動する。一方、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａに存在する電子は、第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａに移動しない。
【００３４】
図２Ｄには、第１電圧（接地電圧ＧＮＤ）が第１ドーピング領域１２１に印加される形態が示される。この場合、第１チャージトラップレイヤー１５０の第１エッジ１５０ａに存在する電子は、第２チャージトラップレイヤー１７０の第１エッジ１７０ａに移動する。一方、第１チャージトラップレイヤー１５０の第２エッジ１５０ｂに存在する電子は、第２チャージトラップレイヤー１７０の第２エッジ１７０ｂに移動しない。
【００３５】
本発明による不揮発性メモリ装置は、第１電圧が印加されない位置をフローティングさせる。例えば、図２Ｄにおいて、第１ドーピング領域１２１に第１電圧を印加し、第２ドーピング領域１３１と半導体基板の中央付近とをフローティングさせる。
【００３６】
第１ドーピング領域１２１は、第１ハイドーピング領域１２０ａと第１ロードーピング領域１３０ａとを備える。第２ドーピング領域１３１は、第２ハイドーピング領域１２０ｂと第２ロードーピング領域１３０ｂとを備える。この場合、第１電圧は、第１ロードーピング領域１３０ａと第２ロードーピング領域１３０ｂとに印加される。
【００３７】
本発明による不揮発性メモリ装置は、第１チャージトラップレイヤー１５０と第２チャージトラップレイヤー１７０との間で電子を移動させるために、パッドオキサイドレイヤー１６０を通じて電子をトンネリングさせる。
【００３８】
図４Ａ及び図４Ｂは、図２の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【００３９】
図４Ａに示すように、制御ゲート電圧Ｖｇが０Ｖに維持され、第１電圧が印加されなければ、電子が第１チャージトラップレイヤー１５０及び第２チャージトラップレイヤー１７０にとどまっている。図４Ｂに示すように、制御ゲート電圧Ｖｇと第１電圧Ｖ１とが印加されれば、第１チャージトラップレイヤー１５０に存在した電子がパッドオキサイドレイヤー１６０を通じてトンネリングする。これにより、第１チャージトラップレイヤー１５０に存在した電子は、第２チャージトラップレイヤー１７０に移動する。
【００４０】
本発明による不揮発性メモリ装置は、パッドオキサイドレイヤー１６０を通じて、第１チャージトラップレイヤー１５０と第２チャージトラップレイヤー１７０との間で電子を移動させる。すなわち、パッドオキサイドレイヤー１６０を通じた電子遷移を利用してプログラミングを行う。もし、ホットエレクトロンの注入またはホットホールの注入を利用してプログラミングを行うと仮定すれば、トンネルオキサイドレイヤー１４０が速く劣化し、電力消耗が大きくなる。一方、本発明による不揮発性メモリ装置は、ホットエレクトロンの注入またはホットホールの注入を利用してプログラミングを行わず、パッドオキサイドレイヤーを通じた電子遷移を利用してプログラミングを行う。これにより、トンネルオキサイドレイヤーの劣化を防止でき、電力消耗を減らすことができるという長所がある。
【００４１】
本明細書では、半導体基板１１０は、Ｐタイプの半導体基板であり、第１ドーピング領域１２１及び第２ドーピング領域１３１は、Ｎタイプでドーピングされると記載されている。しかし、半導体基板１１０、第１ドーピング領域１２１及び第２ドーピング領域１３１は、前記タイプ以外のタイプを有しうる。
【００４２】
本発明による不揮発性メモリ装置は、ブロッキングオキサイドレイヤー(a blocking oxide layer)１８０とスペーサ１９０ａ，１９０ｂとをさらに備える。
【００４３】
以下、図２Ａないし図２Ｄ及び図３を参照して、本発明による不揮発性メモリ装置の読み取りモードを説明する。
説明の便宜のために、以下では、第１方向を第１エッジから第２エッジに向かう方向と仮定し、第２方向を第２エッジから第１エッジに向かう方向と仮定する。しかし、第１方向と第２方向とは互いに反転されうる。
【００４４】
プログラミングされたデータを読み取る読み取りモードで、本発明による不揮発性メモリ装置は、半導体基板上で第１方向に第１電流を流した後、第１方向と逆方向である第２方向に第２電流を流す。そして、第１電流量と第２電流量とを比較した結果に基づいて、プログラミングされたデータ値を検出する。
【００４５】
図２Ａに示すように、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とがいずれも高ければ、第１方向に流れる第１電流と第２方向に流れる第２電流とはいずれも低い電流量を有する。
【００４６】
図２Ｂに示すように、第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とがいずれも低ければ、第１方向に流れる第１電流と第２方向に流れる第２電流とはいずれも高い電流量を有する。
【００４７】
図２Ｃに示すように、第１エッジ側のしきい電圧は高く、第２エッジ側のしきい電圧は低ければ、第１エッジから第２エッジに流れる第１電流は低い電流量を有し、第２エッジから第１エッジに流れる第２電流は高い電流量を有する。
【００４８】
図２Ｄに示すように、第１エッジ側のしきい電圧は低く、第２エッジ側のしきい電圧は高ければ、第１エッジから第２エッジに流れる第１電流は高い電流量を有し、第２エッジから第１エッジに流れる第２電流は低い電流量を有する。
【００４９】
図３には、第１エッジ側のしきい電圧及び第２エッジ側のしきい電圧による第１電流及び第２電流が示される。
【００５０】
図５Ａ及び図５Ｂは、図１の不揮発性メモリ装置のチャージトラップレイヤー１５０，１７０に電子を注入する過程を説明するための図面である。
【００５１】
電子を注入するために、本発明による不揮発性メモリ装置は、トンネリングオキサイドレイヤー１４０を利用する。トンネリングオキサイドレイヤー１４０は、半導体基板１１０上に形成され、第１チャージトラップレイヤー１５０の下部に形成される。
【００５２】
プログラミングモード以前の初期モードで、本発明による不揮発性メモリ装置は、トンネリングオキサイドレイヤー１４０を通じて、半導体基板１１０から第１チャージトラップレイヤー１５０及び第２チャージトラップレイヤー１７０に電子を注入する。本発明による不揮発性メモリ装置は、ＣＨＥＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｈｏｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を利用して電子を注入できる。
【００５３】
本発明による不揮発性メモリ装置は、半導体基板１１０から第１及び第２チャージトラップレイヤー１５０，１７０の第２エッジ１５０ｂ，１７０ｂに電子を注入した後、半導体基板１１０から第１及び第２チャージトラップレイヤー１５０，１７０の第１エッジ１５０ａ，１７０ａに電子を注入できる。図５Ａには、第２エッジに電子を注入する形態が示され、図５Ｂには、第２エッジに電子が注入された状態で第１エッジに電子を注入する形態が示される。ただし、第１エッジに電子を注入した後、第２エッジに電子を注入することもできる。
【００５４】
図５Ｂに示した電子がいずれも注入された状態は、図２Ａの状態と同一である。すなわち、本発明による不揮発性メモリ装置は、プログラミングモード以前の初期モードで、第１チャージトラップレイヤー１５０及び第２チャージトラップレイヤー１７０に電子を注入した後、第１チャージトラップレイヤー１５０と第２チャージトラップレイヤー１７０との間で注入された電子を移動させることによってプログラミングを行える。
【００５５】
本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、プログラミングのために、正の値を有する制御ゲート電圧を印加できる。一方、消去動作を行うために、負の値を有する制御ゲート電圧を印加できる。制御ゲート電圧が負の値を有すれば、第２チャージトラップレイヤー１７０に存在した電子が第１チャージトラップレイヤー１５０に移動する。その結果、本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、図２Ａ及び図５Ｂに示したプログラミングされる前の状態に戻る。
【００５６】
図６は、本発明の第２実施形態による不揮発性メモリ装置を示す図面である。
前述の本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置は、二つのチャージトラップレイヤー１５０，１７０を備え、二つのチャージトラップレイヤー１５０，１７０の間に一つのパッドオキサイドレイヤー１６０を備える。
【００５７】
しかし、本発明の第２実施形態による不揮発性メモリ装置は、四つのチャージトラップレイヤー６５０，６５２，６５４，６５６を備え、四つのチャージトラップレイヤー６５０，６５２，６５４，６５６の間にそれぞれ形成される三つのパッドオキサイドレイヤー６６０，６６２，６６４を備える。
【００５８】
本発明の第２実施形態による不揮発性メモリ装置において、上位に配置されるパッドオキサイドレイヤーを通じた電子の移動確率は、下位に配置されるパッドオキサイドレイヤーを通じた電子の移動確率より低い。この場合、下位に配置されるパッドオキサイドレイヤーを通じて電子を移動させるためには、相対的に低い制御ゲート電圧を印加すればよい一方、上位に配置されるパッドオキサイドレイヤーを通じて電子を移動させるためには、相対的に高い制御ゲート電圧を印加せねばならない。これにより、制御ゲート電圧レベルを調節することによって、上位及び下位に配置されるパッドオキサイドレイヤーを通じた電子移動を個別的に調節できる。
【００５９】
上位に配置されるパッドオキサイドレイヤーを通じた電子の移動確率を低めるために、上位に配置されるパッドオキサイドレイヤーであるほど、パッドオキサイドレイヤーの厚さを厚くしてもよい。また、上位に配置されるパッドオキサイドレイヤーであるほど、パッドオキサイドレイヤーの誘電率を低めることができる。
【００６０】
本発明の第２実施形態による不揮発性メモリ装置は、それぞれ四つの第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とを有する。したがって、本発明による不揮発性メモリ装置は、１６ビットのデータを保存できる。
【００６１】
パッドオキサイドレイヤーを通じてチャージトラップレイヤー間で電子が移動する動作は、本発明の第１実施形態による不揮発性メモリ装置の電子移動と類似しているため、これに関する詳細な説明は省略する。
【００６２】
図７Ａないし図７Ｄは、図６の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【００６３】
図７Ａに示すように、制御ゲート電圧Ｖｇが０Ｖに維持され、第１電圧が印加されなければ、電子がチャージトラップレイヤー６５０，６５２，６５４，６５６にとどまっている。図７Ｂに示すように、制御ゲート電圧Ｖｇと第１電圧Ｖ１とが印加されれば、第１チャージトラップレイヤー６５０に存在した電子が第１パッドオキサイドレイヤー６６０を通じてトンネリングする。これにより、第１チャージトラップレイヤー６５０に存在した電子は、第２チャージトラップレイヤー６５２に移動する。図７Ｃに示すように、制御ゲート電圧Ｖｇを上昇させれば、第２チャージトラップレイヤー６５２に存在した電子が第２パッドオキサイドレイヤー６６２を通じて第３チャージトラップレイヤー６５４にトンネリングする。図７Ｄに示すように、制御ゲート電圧Ｖｇをさらに上昇させれば、第３チャージトラップレイヤー６５４に存在した電子が第３パッドオキサイドレイヤー６６４を通じて第４チャージトラップレイヤー６５６にトンネリングする。
【００６４】
さらに、本発明による不揮発性メモリ装置のチャージトラップレイヤーの個数は、二つ及び四つに限定されない。本発明による不揮発性メモリ装置は、ｎ（ｎは、自然数）個のチャージトラップレイヤーとｎ−１個のパッドオキサイドレイヤーとを備え、第ｉ（ｉは、ｎ−１以下の自然数）パッドオキサイドレイヤーを通じて、第ｉチャージトラップレイヤーの第１エッジ（または、第２エッジ）と第ｉ＋１チャージトラップレイヤーの第１エッジ（または、第２エッジ）との間で電子を移動させることができる。かかる方式によって、隣接するチャージトラップレイヤーの第１エッジ間及び第２エッジ間で電子を個別的に移動させることができる。
【００６５】
これにより、本発明による不揮発性メモリ装置は、それぞれｎ個の第１エッジ側のしきい電圧と第２エッジ側のしきい電圧とを有する。したがって、本発明による不揮発性メモリ装置は、１つのメモリセルに２ｎビットのデータを保存できる。
【００６６】
以上のように、図面と明細書で最適の実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、不揮発性メモリ装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による不揮発性メモリ装置の第１実施形態を示す図面である。
【図２Ａ】図１の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作及び読み取り動作を説明するための図面である。
【図２Ｂ】図１の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作及び読み取り動作を説明するための図面である。
【図２Ｃ】図１の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作及び読み取り動作を説明するための図面である。
【図２Ｄ】図１の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作及び読み取り動作を説明するための図面である。
【図３】図２Ａないし図２Ｄのプログラミング結果及び読み取り結果を示す図面である。
【図４Ａ】図１の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【図４Ｂ】図１の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【図５Ａ】図１の不揮発性メモリ装置に電子を注入する過程を説明するための図面である。
【図５Ｂ】図１の不揮発性メモリ装置に電子を注入する過程を説明するための図面である。
【図６】本発明による不揮発性メモリ装置の第２実施形態を示す図面である。
【図７Ａ】図６の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【図７Ｂ】図６の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【図７Ｃ】図６の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【図７Ｄ】図６の不揮発性メモリ装置のプログラミング動作で電子が移動する形態を示すバンドダイヤグラムである。
【符号の説明】
【００６９】
１１０    半導体基板
１２０ａ    第１ハイドーピング領域
１２０ｂ    第２ハイドーピング領域
１２１    第１ドーピング領域
１３０ａ    第１ロードーピング領域 
１３０ｂ    第２ロードーピング領域
１３１    第２ドーピング領域
１４０    トンネリングオキサイドレイヤー
１５０    第１チャージトラップレイヤー
１５０ａ    第１チャージトラップレイヤーの第１エッジ
１５０ｂ    第１チャージトラップレイヤーの第２エッジ
１６０    パッドオキサイドレイヤー
１７０    第２チャージトラップレイヤー
１７０ａ    第２チャージトラップレイヤーの第１エッジ
１７０ｂ    第２チャージトラップレイヤーの第２エッジ
１８０    ブロッキングオキサイドレイヤー
１９０ａ，１９０ｂ    スペーサ
【図１】
2009038370.tif 000003
【図２Ａ】
2009038370.tif 000004
【図２Ｂ】
2009038370.tif 000005
【図２Ｃ】
2009038370.tif 000006
【図２Ｄ】
2009038370.tif 000007
【図３】
2009038370.tif 000008
【図４Ａ】
2009038370.tif 000009
【図４Ｂ】
2009038370.tif 000010
【図５Ａ】
2009038370.tif 000011
【図５Ｂ】
2009038370.tif 000012
【図６】
2009038370.tif 000013
【図７Ａ】
2009038370.tif 000014
【図７Ｂ】
2009038370.tif 000015
【図７Ｃ】
2009038370.tif 000016
【図７Ｄ】
2009038370.tif 000017