JP2023531485A - Three-dimensional memory and its control method - Google Patents
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Abstract
本開示は、3次元メモリとその制御方法に関係するものである。3次元メモリは、基板の垂直方向に積み重なっている第1のデッキと第2のデッキとを備え、第1のデッキと第2のデッキとは、それぞれ、複数のメモリストリングを備え、各メモリストリングは、複数のメモリセルを備え、複数のメモリセルは第1の部分および第2の部分を備え、メモリセルの第1の部分に対応するチャネル構造の直径は、メモリセルの第2の部分に対応するチャネル構造の直径よりも小さい。方法は、第1のデッキおよび/または第2のデッキにおける選択メモリセルに対して読み取り作業を行うことと、第1のデッキおよび第2のデッキにおける選択メモリセル以外の非選択メモリセルにパス電圧を印加することであって、第1のパス電圧が第2のパス電圧よりも低く、第1のパス電圧が第1の部分の第1の非選択メモリセルに印加され、第2のパス電圧が第2の部分の第2の非選択メモリセル印加される、印加することと、を含む。
The present disclosure relates to a three-dimensional memory and its control method. The three-dimensional memory comprises a first deck and a second deck stacked vertically on a substrate, the first deck and the second deck each comprising a plurality of memory strings, each memory string comprising a plurality of memory cells, the plurality of memory cells comprising a first portion and a second portion, the diameter of the channel structure corresponding to the first portion of the memory cells being smaller than the diameter of the channel structure corresponding to the second portion of the memory cells. The method is to read the selection memory cells in the first and / / or the second deck, and to apply a pass voltage to a non -selected memory cell other than the selection memory cells in the first and second decks, and the first pass voltage is lower than the second pass voltage. Included to the first non -selected memory cell in the first portion, and the second pass voltage is added and applied to the second non -selected memory cell.
Description
本開示は、集積回路の製造分野に関係し、具体的には3次元メモリとその制御方法に関係するものである。 FIELD OF THE DISCLOSURE The present disclosure relates to the field of integrated circuit manufacturing, and more particularly to three-dimensional memories and their control methods.
2次元記憶素子の限界を克服するために、産業界では、メモリセルを基板に立体的に配列し、集積密度が上がった3次元(3D:three―Dimensional)構造である大規模な記憶素子を開発、生産してきた。3D NANDフラッシュは、3次元記憶素子である。スタック層数が増えるに従ってチャネルホールが徐々に深くなる。チャネルホールの上部開口がその下部開口よりも大きいために、チャネルホールが深くなるにつれ、チャネルホールの上部開口と下部開口との差が大きくなる。3次元記憶素子に対して読み取り作業が行われる際、また同じチャネルホールにより形成されたメモリストリング上の各メモリセルに同じパス電圧が印加される際、メモリセルが位置するチャネルホールの開口が相対的に小さければ、パス電圧は、メモリセルにより高電場強度をもたらし、何回にもわたる読み取りの後、メモリセルにリードディスターブをもたらす。 In order to overcome the limitations of the two-dimensional memory device, the industry has developed and produced a large-scale memory device having a three-dimensional (3D) structure in which memory cells are three-dimensionally arranged on a substrate to increase the integration density. 3D NAND flash is a three-dimensional storage element. As the number of stacked layers increases, the channel hole gradually becomes deeper. Since the upper opening of the channel hole is larger than its lower opening, the deeper the channel hole, the greater the difference between the upper opening and the lower opening of the channel hole. When a read operation is performed on a three-dimensional storage element, and the same pass voltage is applied to each memory cell on a memory string formed by the same channel hole, if the opening of the channel hole in which the memory cell is located is relatively small, the pass voltage will lead to a higher electric field strength in the memory cell, resulting in read disturb to the memory cell after many times of reading.
本開示が解決すべき技術上の問題は、リードディスターブを減らす3次元メモリとその制御方法を提供することにある。 A technical problem to be solved by the present disclosure is to provide a three-dimensional memory and its control method that reduce read disturb.
上記の技術上の問題を解決するため、本開示が採用する技術上の解決方法は、3次元記憶素子の制御方法であり、この方法では、3次元メモリが、基板の垂直方向に積み重なっている第1のデッキと第2のデッキとを備え、第1のデッキと第2のデッキとがそれぞれ複数のメモリストリングとを備え、各メモリストリングは、複数のメモリセルを備え、複数のメモリセルは、第1の部分と第2の部分とを備え、メモリセルの第1の部分に対応するチャネル構造の直径がメモリセルの第2の部分に対応するチャネル構造の直径よりも小さく、この方法が、第1のデッキおよび/または第2のデッキにおける選択メモリセルに対して読み取り作業を行うことと、第1のデッキおよび第2のデッキにおける選択メモリセル以外の非選択メモリセルにパス電圧を印加することであって、パス電圧には、第1のパス電圧と第2のパス電圧とがあり、第1のパス電圧が第2のパス電圧よりも低く、第1のパス電圧が第1の部分の第1の非選択メモリセルに印加され、第2のパス電圧が第2の部分の第2の非選択メモリセルに印加される、印加することと、を含む。 To solve the above technical problem, the technical solution adopted by the present disclosure is a control method for a three-dimensional storage element, in which a three-dimensional memory comprises a first deck and a second deck stacked vertically on a substrate, each of the first deck and the second deck comprising a plurality of memory strings, each memory string comprising a plurality of memory cells, the plurality of memory cells comprising a first portion and a second portion corresponding to the first portion of the memory cell. the diameter of the channel structure corresponding to the second portion of the memory cell is smaller than the diameter of the channel structure corresponding to the second portion of the memory cell, the method is performing a read operation on the selected memory cells in the first deck and/or the second deck; and applying a pass voltage to unselected memory cells other than the selected memory cells in the first deck and the second deck, wherein the pass voltage includes a first pass voltage and a second pass voltage, the first pass voltage being lower than the second pass voltage, and the first pass voltage being the first pass voltage. applying the second pass voltage to the first unselected memory cells of the portion and applying the second pass voltage to the second unselected memory cells of the second portion.
本開示のある実施形態では、方法はさらに、選択メモリセルに対してプログラム検証作業を行うことと、第1のデッキおよび第2のデッキにおける選択メモリセル以外の非選択メモリセルにパス電圧を印加することであって、第2のパス電圧が第2の非選択メモリセルに印加され、印加されるパス電圧が、第1の非選択メモリセルの状態に応じて決められ、第1の非選択メモリセルがプログラム状態であれば、第1のパス電圧が第1の非選択メモリセルに印加され、第1の非選択メモリセルが消去状態であれば、第2のパス電圧が第1の非選択メモリセルに印加される、印加することと、を含む。 In an embodiment of the present disclosure, the method further comprises performing a program verify operation on the selected memory cell and applying a pass voltage to unselected memory cells other than the selected memory cell in the first deck and the second deck, wherein a second pass voltage is applied to the second unselected memory cell, the applied pass voltage is determined according to the state of the first unselected memory cell, and if the first unselected memory cell is in a programmed state, the first pass voltage is applied to the first unselected memory cell; applying a second pass voltage to the first unselected memory cell if the unselected memory cell is in an erased state.
本開示のある実施形態では、メモリストリングにおけるメモリセルが、対応するワード線に連結され、そのワード線を通して、パス電圧がメモリセルに印加される。 In certain embodiments of the present disclosure, memory cells in a memory string are coupled to corresponding word lines through which pass voltages are applied to the memory cells.
本開示のある実施形態では、読み取り作業が選択メモリセルに対して行われる際、読み取り電圧が選択メモリセルのワード線に印加される。 In certain embodiments of the present disclosure, when a read operation is performed on a selected memory cell, a read voltage is applied to the word line of the selected memory cell.
本開示のある実施形態では、プログラム検証作業が選択メモリセルに対して行われる際、プログラム検証電圧が選択メモリセルのワード線に印加される。 In certain embodiments of the present disclosure, when a program verify operation is performed on a selected memory cell, a program verify voltage is applied to the word line of the selected memory cell.
本開示のある実施形態では、各メモリセルがメモリストリングにおける対応するセル深さにあり、メモリストリングのチャネル構造の広がり方向に層単位でワード線を通して同じセル深さにあるメモリセルのページに対してプログラム作業が行われる。 In certain embodiments of the present disclosure, each memory cell is at a corresponding cell depth in a memory string, and programming operations are performed on a page of memory cells at the same cell depth through word lines layer by layer in the direction of expansion of the channel structure of the memory string.
上記の技術上の問題を解決するために、本開示ではさらに、3次元メモリを提案し、この3次元メモリは、基板の垂直方向に積み重なっている第1のデッキと第2のデッキとを備えるメモリセルアレイであって、第1のデッキと第2のデッキとは、それぞれ、複数のメモリストリングを備え、各メモリストリングは、基板の上に垂直方向に広がり、直列接続で垂直方向に配列されている複数のメモリセルを備える、メモリセルアレイと、第1の部分と第2の部分とを備える複数のメモリセルであって、メモリセルの第1の部分のチャネル構造の直径がメモリセルの第2の部分のチャネル構造の直径よりも小さい、複数のメモリセルと、読み取り作業が選択メモリセルに対して行われる際、制御信号を電圧コントローラに送るように構成されたコントローラであって、制御信号に応答して、第1のパス電圧および第2のパス電圧を含むパス電圧を非選択メモリセルに印加し、第1のパス電圧が第2のパス電圧よりも低く、第1の部分の第1の非選択メモリセルに第1のパス電圧が印加され、第2のパス電圧が、第2の部分の第2の非選択メモリセルに印加される、コントローラと、を備える。 To solve the above technical problem, the present disclosure further proposes a three-dimensional memory, which comprises a memory cell array comprising a first deck and a second deck stacked vertically on a substrate, the first deck and the second deck each comprising a plurality of memory strings, each memory string extending vertically over the substrate and comprising a plurality of memory cells vertically arranged in series connection, a first portion and a second portion. a plurality of memory cells, wherein a diameter of a channel structure in a first portion of the memory cell is smaller than a diameter of a channel structure in a second portion of the memory cell; and a controller configured to send a control signal to the voltage controller when a read operation is performed on the selected memory cell, the controller applying a pass voltage including a first pass voltage and a second pass voltage to the unselected memory cells in response to the control signal, wherein the first pass voltage is lower than the second pass voltage and the first non-selected portion of the first portion. a controller, wherein a first pass voltage is applied to selected memory cells and a second pass voltage is applied to second unselected memory cells of the second portion.
本開示のある実施形態では、コントローラがさらに、プログラム検証作業が選択メモリセルに対して行われる際、制御信号を電圧コントローラに送るように構成され、電圧コントローラが、制御信号に応答して、第2のパス電圧を第2の非選択メモリセルに印加し、第1の非選択メモリセルがプログラム状態であれば、第1のパス電圧を第1の非選択メモリセルに印加し、第1の非選択メモリセルが消去状態であれば、第2のパス電圧を前記第1の非選択メモリセルに印加する。 In certain embodiments of the present disclosure, the controller is further configured to send a control signal to the voltage controller when a program verify operation is performed on the selected memory cell, wherein the voltage controller is responsive to the control signal to apply a second pass voltage to the second unselected memory cell, apply the first pass voltage to the first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in a programmed state, and apply a second pass voltage to the first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in an erased state.
本開示のある実施形態では、3次元メモリが複数のワード線をさらに備え、そのそれぞれが同じセル深さで、メモリセルのページに連結され、各メモリセルがメモリストリングにおいて対応するセル深さに位置する。 In certain embodiments of the present disclosure, the three-dimensional memory further comprises a plurality of word lines, each of which is at the same cell depth and coupled to a page of memory cells, each memory cell being located at a corresponding cell depth in the memory string.
本開示のある実施形態では、メモリストリングのチャネル構造の直径がメモリストリングの底面から上面に徐々に大きくなる。 In certain embodiments of the present disclosure, the diameter of the channel structure of the memory string gradually increases from the bottom surface to the top surface of the memory string.
本開示のある実施形態では、メモリセルの第1の部分がメモリセルの第2の部分の下に位置する。 In one embodiment of the present disclosure, the first portion of the memory cells underlies the second portion of the memory cells.
本開示のある実施形態では、メモリストリングが、チャネル構造の広がり方向に積み重ねられた第1のメモリストリングと第2のメモリストリングとを備え、第1のメモリストリングのチャネル構造の直径が第1のメモリセルの底面から上面に徐々に大きくなっており、第2のメモリストリングのチャネル構造の直径が第2のメモリストリングの底面から上面に徐々に大きくなっている。 In an embodiment of the present disclosure, the memory string comprises a first memory string and a second memory string stacked in the spreading direction of the channel structure, the diameter of the channel structure of the first memory string gradually increasing from the bottom surface to the top surface of the first memory cell, and the diameter of the channel structure of the second memory string gradually increasing from the bottom surface to the top surface of the second memory string.
本開示のある実施形態では、第1のメモリストリングの上面におけるチャネル構造の直径が第2のメモリセルの底面におけるチャネル構造の直径よりも大きい。 In one embodiment of the present disclosure, the diameter of the channel structure at the top surface of the first memory string is larger than the diameter of the channel structure at the bottom surface of the second memory cell.
本開示のある実施形態では、3次元メモリが3D NANDフラッシュである。 In one embodiment of the present disclosure, the three-dimensional memory is 3D NAND flash.
本開示の3次元メモリとその制御方法によれば、正常パス電圧より低い第1のパス電圧が、チャネル構造の直径が相対的に小さいメモリセルに印加され、それによりメモリセルのこの部分のリードディスターブを減らすことができる。また、プログラム検証段階では、相対的に低い第1のパス電圧を相対的に小さな開口チャネル構造であるメモリセルに印加し、それにより、メモリセルのこの部分のリードディスターブをさらに減らし、3次元メモリの確実性を高める。 According to the three-dimensional memory and its control method of the present disclosure, a first pass voltage lower than the normal pass voltage can be applied to memory cells with relatively small diameter channel structures, thereby reducing read disturb in this portion of the memory cells. Also, during the program verify phase, a relatively low first pass voltage is applied to the memory cell, which is a relatively small opening channel structure, thereby further reducing read disturb in this portion of the memory cell and enhancing the reliability of the three-dimensional memory.
本開示のこれまで述べた目的、特徴および利点をより明らかに、分かりやすくするために、本開示の具体的な実装形態について、図面に絡めて以下に詳しく述べることにする。 In order to make the previously stated objects, features and advantages of the present disclosure more apparent and comprehensible, specific implementations of the present disclosure will be described in detail below in connection with the drawings.
本開示のこれまで述べた目的、特徴および利点をより明らかに、分かりやすくするために、本開示の具体的な実装形態について、図面に絡めて以下に詳しく述べることにする。 In order to make the previously stated objects, features and advantages of the present disclosure more apparent and comprehensible, specific implementations of the present disclosure will be described in detail below in connection with the drawings.
以下の発明を実施するための形態により、本開示を十分に理解するためにより具体的な細部が明らかになる。但し、本開示は、本明細書に記載のもの以外の様式でも実装されてもよい。したがって、本開示は、以下に開示する具体的な実施形態に限るものではない。 The following detailed description sets forth more specific details for a thorough understanding of the present disclosure. However, the disclosure may also be implemented in manners other than those described herein. Accordingly, the present disclosure is not limited to the specific embodiments disclosed below.
本出願および請求項に示す通り、「ある(a)」、「ある(an)」、および/または「その(the)」などの用語は、特に単数の意味合いのことではなく、文脚上明らかな例外を除いて、複数の意味合いも含むものである。おおまかに言えば、「備える(comprise)」および「含む(conclude」という用語は、排他的列挙ではない、方法または装置が明確に同定されているステップおよび要素を含む、ということしか示さず、また方法または装置は、他のステップまたは要素含んでもよい。 As indicated in the present application and claims, terms such as "a," "an," and/or "the" are not specifically intended for singular connotations, but are intended to include plural connotations, with grammatically obvious exceptions. Broadly speaking, the terms "comprise" and "conclude" indicate only that a method or apparatus includes the specifically identified steps and elements, not an exclusive list, and a method or apparatus may include other steps or elements.
本開示の実施形態について詳しく述べる際、図示の便宜上、デバイス構造を表す断面図は、原寸大ではなく一部拡大され、概略図は、単に例示的なものに過ぎず、本明細書の本開示の保護範囲を限るものではない。さらにまた、長さ、幅、および深さの3次元空間サイズは、実際の製作に含まれるはずである。 When describing embodiments of the present disclosure in detail, cross-sectional views representing device structures are partially enlarged rather than to scale for convenience of illustration, and schematic views are merely exemplary and do not limit the scope of protection of the present disclosure herein. Furthermore, the three-dimensional spatial dimensions of length, width, and depth should be included in the actual fabrication.
「の下に(under)」、「の下に(below)」「下部の(lower)」、「の下に(beneath)」、「の上に(above)」、「の上に(on)」などの空間関係用語は、本明細書では、図に示す通りのある要素または特徴の別の要素または特徴との関係を説明するのに説明の便宜上使用していることがある。これらの空間関係用語は、使用または運用における図に表す通りのもの以外のデバイスの方向を含める目的の用語であるということが分かる。例えば、図にあるデバイスを反転させると、要素の方向は、他の要素または特徴「の下に(below)」、または「の下に(under)」、または「の下に(beneath)」あると説明される要素の方向は、他の要素「の上に(above)」変わる。このように、「の下に(below)」および「の下に(beneath)」という代表的な用語には、上方向および下方向を含めることができる。デバイスの向きが他の向き(90度回転またはそれ以外の方向)であってもよく、したがって、本明細書に使用するような空間関係語は、それに従って解釈されるはずである。また、1つの層が2つの層「間(between)」にあると言う場合、2つの層間の唯一の層であることもあり、1つまたは複数の層がそれらの間に介在することもあるということが分かる。 Spatial-related terms such as “under,” “below,” “lower,” “beneath,” “above,” “on,” and the like are sometimes used herein for descriptive convenience to describe the relationship of one element or feature to another element or feature as shown in the figures. It will be appreciated that these spatially related terms are terms intended to encompass orientations of the device in use or operation other than as depicted in the figures. For example, when the device in the figures is flipped, the orientation of elements described as being “below,” “under,” or “beneath” other elements or features changes orientation “above” other elements. Thus, the representative terms "below" and "beneath" can include upward and downward directions. The orientation of the device may be in other orientations (rotated 90 degrees or otherwise), and thus spatially related terms as used herein should be interpreted accordingly. It is also understood that when a layer is said to be "between" two layers, it can be the only layer between the two layers, or there can be one or more layers intervening therebetween.
本出願の背景では、第1の特徴が第2の特徴「の上に(over)」あると言う構造は、第1の特徴と第2の特徴とが直に接触している実施形態を含むことがあり、第1の特徴と第2の特徴が直に接触していない、と言った第1の特徴と第2の特徴との間に別の特徴が形成されている実施形態を含むこともある。 In the context of this application, a structure in which a first feature is said to be "over" a second feature may include embodiments in which the first feature and the second feature are in direct contact, and may also include embodiments in which another feature is formed between the first and second features, such as the first and second features not in direct contact.
また、構成要素を定義するのに使用される「第1の」、「第2の」などの用語は、単に、対応する構成要素の区別の便宜上のものであることに留意すべきである。特に断りのない限り、これまで述べた用語には特有な意味はなく、したがって、本出願の保護範囲を限ると見なされることはない。 Also, it should be noted that the terms "first", "second", etc. used to define the components are merely for convenience of distinguishing the corresponding components. Unless otherwise stated, the terms mentioned above do not have a specific meaning and are therefore not considered to limit the scope of protection of the present application.
本明細書で使用する際、「3次元(3D)記憶素子」という用語は、メモリストリングが基板に対して垂直方向に広がるように、メモリセルトランジスタストリング(本明細書では、NANDストリングなどの「メモリストリング」としている)が横向き基板に垂直方向に向いた半導体素子を言うものである。本明細書で使用する際、「垂直の/垂直に」という用語は、基板の側面に名目上直角であるという意味である。 As used herein, the term "three-dimensional (3D) memory device" refers to a semiconductor device in which memory cell transistor strings (herein referred to as "memory strings", such as NAND strings) are vertically oriented on a lateral substrate such that the memory strings extend vertically with respect to the substrate. As used herein, the term "perpendicular/perpendicularly" means nominally perpendicular to the sides of the substrate.
本明細書で使用する際、「基板」という用語は、材料層が続いて加えられている材料のことを言うものである。基板そのものがパターン化されていることがある。基板の上面に加えられた材料がパターン化されていることも、パターン化されないままであることもある。さらにまた、基板には、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、リン化インジウムなどの広範な半導体材料含んでいることがある。その代わりに、基板がガラス、プラスチック、またはサファイアウエハなどの非導電材料で作られていることがある。 As used herein, the term "substrate" refers to a material to which layers of material are subsequently applied. The substrate itself may be patterned. The material applied to the top surface of the substrate may be patterned or left unpatterned. Furthermore, substrates may include a wide variety of semiconductor materials such as silicon, germanium, gallium arsenide, indium phosphide, and the like. Alternatively, the substrate may be made of non-conductive material such as glass, plastic, or a sapphire wafer.
本明細書で使用する際、「層」という用語は、厚みのある領域を含む材料部分のことを言うものである。層が基礎となる構造または覆っている構造の全体に及んでいることもあり、その範囲が基礎となる構造または覆っている構造の範囲に満たないこともある。さらに、層は、その厚みが途切れのない構造の厚みに満たない一様な途切れのない構造であることも非一様な途切れのない構造の領域であることもある。例えば、途切れのない構造の上面と底面との間の如何なる水平面対間にでも、または途切れのない構造の上面および底面に、層があることがある。層は、水平にでも、垂直にでも、かつ/または先細面に沿ってでも広がっていることがある。基板は、層であってもよく、それに1つまたは複数の層を含むことができ、かつ/あるいはそれ上に、その上に、かつ/またはその下に1つまたは複数の層を有することもできる。層は複数の層を含むことができる。例えば、相互接続層としては、1つまたは複数の導体およびコンタクト層(コンタクト、相互接続線、および/またはビアホールが形成されている)および1つまたは複数の絶縁層を含むことができる。 As used herein, the term "layer" refers to a portion of material that includes a thickened region. A layer may span the entire underlying or overlying structure, or its extent may be less than the underlying or overlying structure. Further, a layer can be a uniform uninterrupted structure whose thickness is less than the thickness of the uninterrupted structure or a region of non-uniform uninterrupted structure. For example, there may be layers between any pair of horizontal planes between the top and bottom surfaces of the unbroken structure, or between the top and bottom surfaces of the unbroken structure. Layers may extend horizontally, vertically, and/or along tapered surfaces. A substrate can be a layer, can have one or more layers on it, and/or can have one or more layers thereon, above it, and/or below it. A layer can include multiple layers. For example, interconnect layers can include one or more conductor and contact layers (where contacts, interconnect lines, and/or via holes are formed) and one or more insulating layers.
本出願では、流れ図を使用して、本出願の実施形態による、システムによって行われる作業を示す。これまで述べた作業または以下の作業が必ずしも順序正しく行われなくてもよい、ということを理解すべきである。これに対し、それぞれのステップが逆の順番で処理されても同時に処理されてもよい。その一方、代わりに、これらの工程にそれ以外の作業が加えられ、その代わりに、作業のなんらかの1つまたは複数のステップがこれらの工程から除かれる。 This application uses flow diagrams to illustrate the work performed by the system according to embodiments of the present application. It should be understood that the actions previously mentioned or the actions below do not necessarily have to be performed in sequential order. Alternatively, each step may be processed in reverse order or simultaneously. On the other hand, alternatively, additional work is added to these processes, and alternatively, some one or more steps of the operations are removed from these processes.
図1は、複数のデッキがある3次元メモリの一部の構造図である。図1を見てみると、3次元メモリは、2つのデッキ、それぞれ、第1のデッキ110、第2のデッキ120を備える。各デッキには、スタック構造111、121がゲート層と絶縁層との交互層により形成され、チャネルホール構造112、121がスタック構造111、121に形成されている。図1に示す通り、第1のデッキ110では、チャネルホール構造112の上面114にある開口が、底面113にある開口よりも大きい。第2のデッキ120では、チャネルホール構造122の上面124にある開口が、底面123にある開口よりも大きい。第1のデッキ110と第2のデッキ120との境界面では、第1のデッキ110の底面113にあるチャネルホールの開口が、第2のデッキ120の上面124にあるチャネルホールの開口よりも小さい。
FIG. 1 is a structural diagram of part of a three-dimensional memory with multiple decks. Looking at FIG. 1, the three-dimensional memory comprises two decks, a
実際の3次元メモリ構造では、チャネルホールの開口は、チャネルホール構造の広がり方向にチャネルホールの上面から底面に徐々に小さくなる。スタック構造111、121におけるスタック層数が増えるにつれ、チャネルホール構造112、122は、徐々に深くなり、その深さ対幅比は、徐々に大きくなり、チャネルホール112、122の上面にある開口と底面にある開口との差を徐々に広げさせる。
In an actual three-dimensional memory structure, the opening of the channel hole gradually becomes smaller from the top surface to the bottom surface of the channel hole in the spreading direction of the channel hole structure. As the number of stacked layers in the
図2Aおよび図2Bは、水平軸が閾値電圧Vtを表し、垂直軸がメモリセル数を表す、3次元メモリにおけるメモリセルの閾値電圧の分布図である。図2Aおよび図2Bでは、例として、マルチレベルセル(MLC:Multi-Level Cell)技術を取り、それに従って、各メモリセルは、2ビット情報、すなわち、00、01、10、および11を保存する。メモリセルの閾値電圧には、図2Aおよび図2Bに示す通り、4種類の状態、すなわち、E状態、P1状態、P2状態、およびP3状態であってもよい。それらの中では、E状態が、対応するデータフォーマットが11である消去作用に対応する消去状態であり、またP1状態、P2状態、P3状態は、対応するデータフォーマットが、それぞれ、00、01、10であるプログラム作用に対応するプログラム状態である。 2A and 2B are distribution diagrams of threshold voltages of memory cells in a three-dimensional memory, with the horizontal axis representing the threshold voltage Vt and the vertical axis representing the number of memory cells. 2A and 2B take Multi-Level Cell (MLC) technology as an example, according to which each memory cell stores 2-bit information, namely 00, 01, 10 and 11. FIG. The threshold voltage of the memory cell may be in four states, E state, P1 state, P2 state, and P3 state, as shown in FIGS. 2A and 2B. Among them, the E state is the erase state corresponding to the erase operation whose corresponding data format is 11, and the P1, P2, and P3 states are the program states corresponding to the program operations whose corresponding data format is 00, 01, and 10, respectively.
図2Aは、正常状態下の閾値電圧の分布図である。図2Aを見てみると、それぞれの状態間に、複数のマージン、例えば、E状態とP1状態との間のE0マージンとE1マージンとに分けられるマージン距離があり、そこでは、E0マージンはE状態に近く、E1マージンはP1状態に近い。同様に、P1状態、P2状態、P3状態間のマージン距離は、E2マージン、E3マージン、E4マージン、E5マージンに分けられる。 FIG. 2A is a distribution diagram of threshold voltages under normal conditions. Looking at FIG. 2A, there are multiple margins between each state, e.g., a margin distance divided into E0 and E1 margins between the E and P1 states, where the E0 margin is close to the E state and the E1 margin is close to the P1 state. Similarly, the margin distances between the P1, P2 and P3 states are divided into E2 margin, E3 margin, E4 margin and E5 margin.
メモリセルに対して読み取り作業が行われる際、これらのメモリセルがターンオン状態である、と言った、読み取りメモリセルのゲートに読み取り電圧(Vread)が印加され、パス電圧(Vpass)が読み取りメモリセルと同じメモリスリング上のそれ以外のメモリセルに印加される。パス電圧は、伝送電圧またはターンオン電圧とも呼ばれる。メモリストリングは、図1に示す通り、チャネルホール構造に沿って分布するメモリセルストリングとして見なされてもよい。チャネルホール構造の底面にある小さな開口メモリセルでは、パス電圧が高電場強度と強いトンネル効果をもたらし、メモリセルに一定のプログラム効果をもたらす。特に消去状態のメモリセルでは、その低閾値電圧に起因して、パス電圧のプログラム効果の影響を受けやすく、それにより、例えば図2Bに示す通り、消去状態E状態分布を広くする。 When a read operation is performed on a memory cell, a read voltage (Vread) is applied to the gates of the read memory cells, said memory cells being turned on, and a pass voltage ( Vpass ) is applied to the other memory cells on the same memory sling as the read memory cell. The pass voltage is also called the transmission voltage or turn-on voltage. A memory string may be viewed as a memory cell string distributed along a channel hole structure as shown in FIG. In the small opening memory cell at the bottom of the channel hole structure, the pass voltage will bring high electric field intensity and strong tunneling effect, which will bring certain programming effect to the memory cell. Memory cells in the erased state are particularly susceptible to the program effect of the pass voltage due to their low threshold voltages, thereby broadening the erased state E state distribution, eg, as shown in FIG. 2B.
図2Bは、消去状態の電圧分布が広がっているときの閾値電圧の分布図である。図2Bを見てみると、E0状態の電圧分布がP1状態に近い方向に広がり、E0マージンの縮小をもたらす。E0マージンの縮小に起因して、E状態にあるメモリセルの読み取り誤りが起こる可能性があり、それによりリードディスターブをもたらし、データストレージの確実性を下げる結果になる。 FIG. 2B is a distribution diagram of threshold voltages when the voltage distribution in the erased state is wide. Looking at FIG. 2B, the voltage distribution in the E0 state spreads out toward the P1 state, resulting in a reduced E0 margin. Due to the shrinking E0 margin, erroneous reads of memory cells in the E state can occur, resulting in read disturb and reduced data storage reliability.
図3は、E0マージンに及ぼすリードディスターブの影響の概略図である。図3に示す通り、その水平軸が、3次元メモリのワード線(WL:Word Line)数0~127を表し、3次元メモリが128層3D NANDフラッシュであることを示す。また、3次元メモリは、図1に示す通り、2つのデッキを備える。図3の垂直軸は、いくつかの試験結果の中央値であるE0マージンの幅値を表す。図3を見てみると、水平軸の左半分310は、プログラムを経ることのないメモリセルの元の状態(フレッシュ)を示し、右半分320は、プログラムの300サイクル(300cyc)後のメモリセルの状態を示す。 FIG. 3 is a schematic diagram of the effect of read disturb on the E0 margin. As shown in FIG. 3, the horizontal axis represents the word line (WL) number 0 to 127 of the three-dimensional memory, indicating that the three-dimensional memory is a 128-layer 3D NAND flash. Also, the three-dimensional memory has two decks, as shown in FIG. The vertical axis of FIG. 3 represents the E0 margin width value, which is the median of several test results. Looking at FIG. 3, the left half 310 of the horizontal axis shows the original state of the memory cell without programming (fresh), and the right half 320 shows the state of the memory cell after 300 cycles (300 cyc) of programming.
図3を見てみると、左半分310と右半分320とにはそれぞれ、様々な読み取り時間に対応する4つの曲線がある。それらの中で、曲線311および321に対応する読み取り時間は0であり、曲線312および322に対応する読み取り時間は1000であり、曲線313および323に対応する読み取り時間は3000であり、曲線314および324に対応する読み取り時間は30000である。明らかに、読み取り時間が長くなるにつれて、E0マージンが徐々に縮小する。図3は、図1に示す2つのデッキを備える3次元メモリに対応し、ワード線数0~63が第1のデッキに属し、チャネルホール構造の底面から上方に数が徐々に増え、ワード線数64~127は第2のデッキに属する。 Looking at FIG. 3, the left half 310 and the right half 320 each have four curves corresponding to different reading times. Among them, the reading time corresponding to curves 311 and 321 is 0, the reading time corresponding to curves 312 and 322 is 1000, the reading time corresponding to curves 313 and 323 is 3000, and the reading time corresponding to curves 314 and 324 is 30000. Clearly, the E0 margin gradually shrinks as the read time increases. FIG. 3 corresponds to a three-dimensional memory with two decks shown in FIG. 1, where the word line numbers 0-63 belong to the first deck, the numbers gradually increase upward from the bottom surface of the channel hole structure, and the word line numbers 64-127 belong to the second deck.
図1および図3との絡みで、左半分310をある例と見ると、ワード線数0は、チャネルホール構造の底面にあるメモリセルに対応する。何回かの読み取り作業後、第1のデッキにおけるメモリセルのE0マージンのサイズが、ワード線数(0~63)が増えるにつれて大きくなり、第2のデッキにおけるメモリセルのE0マージンのサイズも、ワード線数(64~127)が増えるにつれて大きくなる。したがって、デッキの底面におけるメモリセルのE0マージンが最も小さく、例えば、それぞれ、第1のデッキの底面におけるメモリセルに対応し、第2のデッキの底面におけるメモリセルに対応する、図3では点線円によって囲まれた第1の範囲315、第2の範囲316である。 Taking left half 310 as an example in conjunction with FIGS. 1 and 3, word line number 0 corresponds to the memory cell at the bottom of the channel hole structure. After several read operations, the size of the E0 margin of memory cells in the first deck increases as the number of word lines (0-63) increases, and the size of the E0 margin of memory cells in the second deck also increases as the number of word lines (64-127) increases. Therefore, the E0 margin for the memory cells at the bottom of the deck is the smallest, e.g., the first range 315, the second range 316, enclosed by the dashed circle in FIG. 3, corresponding to the memory cells at the bottom of the first deck and the memory cells at the bottom of the second deck, respectively.
右半分320では、プログラムの300サイクル後のメモリセルのE0マージンは、プログラムを経ることのない元の状態であるメモリセルのE0マージンよりも幾分小さい。それに加え、左半分310と同様、第1のデッキの底面における、また第2のデッキの底面におけるメモリセルのE0マージンは、比較的小さく、例えば、図3では点線円で囲まれた第3の範囲317、第4の範囲318である。 In the right half 320, the E0 margin of the memory cell after 300 cycles of programming is somewhat less than the E0 margin of the memory cell in its original state without undergoing programming. In addition, like the left half 310, the E0 margins of the memory cells at the bottom of the first deck and at the bottom of the second deck are relatively small, e.g.
図4は、本開示のある実施形態による、3次元メモリの制御方法の例示的な流れ図である。3次元メモリは、複数のメモリストリングを備え、各メモリストリングが、第1の部分と第2の部分とを備える複数のメモリセルを備え、メモリセルの第1の部分に対応するチャネル構造の直径が、メモリセルの第2の部分に対応するチャネル構造の直径よりも小さい。図4を見てみると、この実施形態の制御方法は、
ステップS410:選択メモリセルに対して読み取り作業を行う際に、パス電圧を非選択メモリセルに印加するステップであって、第1のパス電圧が第1の部分の第1の非選択メモリセルに印加され、第2のパス電圧が第2の部分の第2の非選択メモリセルに印加され、第1のパス電圧が第2のパス電圧よりも低い、印加するステップを含む。
FIG. 4 is an exemplary flow diagram of a method for controlling a three-dimensional memory, according to an embodiment of the present disclosure; A three-dimensional memory comprises a plurality of memory strings, each memory string comprising a plurality of memory cells comprising a first portion and a second portion, wherein the diameter of the channel structure corresponding to the first portion of the memory cells is smaller than the diameter of the channel structure corresponding to the second portion of the memory cells. Looking at FIG. 4, the control method of this embodiment is:
Step S410: Applying a pass voltage to the unselected memory cells when performing a read operation on the selected memory cell, wherein a first pass voltage is applied to the first unselected memory cells of the first portion and a second pass voltage is applied to the second unselected memory cells of the second portion, the first pass voltage being lower than the second pass voltage.
実装形態によっては、3次元メモリのメモリストリングにおけるメモリセルが、パス電圧が印加される対応するワード線に連結され、それにより、バス電圧をメモリセルに印加することの効果をもたらす。 In some implementations, memory cells in a memory string of a three-dimensional memory are coupled to corresponding word lines to which pass voltages are applied, thereby effecting the application of bus voltages to the memory cells.
実施形態によっては、読み取り作業が選択メモリセルに対して行われる際、読み取り電圧が選択メモリセルのワード線に印加される。 In some embodiments, when a read operation is performed on a selected memory cell, a read voltage is applied to the word line of the selected memory cell.
図5A~図5Dは、本開示のある実施形態による、3次元メモリセルの制御方法の実装概略図である。図4に示す制御方法について、図5A~図5Dとの絡みで以下に説明する。 5A-5D are schematic diagrams of implementations of methods for controlling three-dimensional memory cells, according to certain embodiments of the present disclosure. The control method shown in FIG. 4 is described below in conjunction with FIGS. 5A-5D.
図5Aを見てみると、2つのデッキによる128層3次元メモリの構造図が示されている。3次元メモリは、下部に位置する第1のデッキ510と、上部に位置する第2のデッキ520とを備える。第1のデッキ510は、64個のゲート層WL0~WL63を備え、第2のデッキ520もまた、64個のゲート層WL64~WL127を備える。3次元メモリにはさらに、第1のデッキ510と第2のデッキ520との間にいくつかの仮想ゲート層530があり、仮想ゲート層530は、実際のゲート効果をもたらさない。3次元メモリの構造では、ワード線がゲート層とつながり、ワード線とつながったゲート層にワード線を通して、電圧を印加することができる、ということが分かる。図5A~図5Dでは、WL(ワード線)を使用して、異なるワード線につながっているゲート層の名前を表す。
Looking at FIG. 5A, a structural diagram of a 128-layer three-dimensional memory with two decks is shown. The three-dimensional memory comprises a
この実施形態では、図1に示す通り、メモリセルに対応するチャネル構造の直径がチャネルホール構造の開口である。 In this embodiment, the diameter of the channel structure corresponding to the memory cell is the opening of the channel hole structure, as shown in FIG.
図1~図5Aとの絡みで、第1のデッキ510における底面のいくつかのゲート層に関係あるメモリセルに対応するチャネル構造の開口は、ゲート層の個数が約15~20と想定すると、すなわち、メモリセルの第1の部分が位置するゲート層がWL0~WL14からWL0~WL19であると想定すると、比較的小さい。
In connection with FIGS. 1-5A, the channel structure opening corresponding to the memory cells associated with the bottom several gate layers in the
本開示は、第1の部分および第2の部分のメモリセル数を限るものでも、対応するゲート層数を限るものでもない。制御方法の実際の実施では、メモリセルの第1の部分および第2の部分が位置するゲート層の範囲は、必要に応じて設定され得る。 This disclosure does not limit the number of memory cells in the first and second portions, nor the number of corresponding gate layers. In actual implementation of the control method, the extent of the gate layer in which the first and second portions of the memory cell are located can be set as desired.
16層を例に取って本開示を説明する。図5Aを見てみると、WL0~WL15およびWL65~WL79に対応するメモリセルは、ステップS410における第1の部分に属し、ゲート層のそれ以外にあるメモリセルは第2の部分に属する。 The present disclosure will be described by taking 16 layers as an example. Looking at FIG. 5A, the memory cells corresponding to WL0-WL15 and WL65-WL79 belong to the first part in step S410, and the memory cells in the rest of the gate layer belong to the second part.
ステップS410を説明するために、それぞれ、選択メモリセルが位置するゲート層の個数に従って説明することにする。 To explain step S410, it will be explained according to the number of gate layers in which the selected memory cell is located, respectively.
図5Aでは、選択メモリセル540は、WL0~WL23にあり、WL24~WL127を含むそれ以外のゲート層に位置するメモリセルは、非選択メモリセルである。読み取り電圧Vreadが選択メモリセル540に印加されると、パス電圧Vpassがそれ以外の非選択メモリセルに印加される。これらの非選択メモリセルでは、WL64~WL78に位置するメモリセルが第1の部分に属し、この部分の非選択メモリセルが第1の非選択メモリセル550と呼ばれる。WL24~WL63およびWL79~WL127に位置するメモリセルを含むそれ以外の非選択メモリセルは、第2の部分に属し、これらの非選択メモリセルは、第2の非選択メモリセル560と呼ばれる。ステップS410に従えば、第1のパス電圧Vpass1が、第1の部分に属する第1の非選択メモリセル550に印加され、第2のパス電圧Vpass2が第2の部分に属する第2の非選択セルメモリ560に印加され、この場合、Vpass1<Vpass2である。
In FIG. 5A, the selected
WL0~WL23の選択メモリセル540とは、選択メモリセル540がWL0~WL23のどの1つまたは複数の層にでも位置する、ということを意味することに留意すべきである。選択メモリセル540は様々なメモリストリングに位置してもよいが、同じゲート層であるが様々なメモリストリングに位置するメモリセル540に対応するチャネル構造の直径は、ほぼ同じである。選択メモリセル540が層WL15にあれば、同様にステップS410の原理に従って、すなわち、第1のパス電圧Vpass1が第1の部分に属するWL0~WL14に印加され、第2のパス電圧Vpass2が第2の部分に属するWL16~WL23に印加される、という原理に従って、WL15を除くゲート層WL0~W23上のメモリセルにパス電圧が印加される。
It should be noted that the selected
図5Bでは、選択メモリセル540が、WL24~WL55にあり、それ以外のゲート層に位置するメモリセルは、非選択メモリセルである。読み取り電圧Vreadが選択メモリセル540に印加されると、パス電圧Vpassがそれ以外の非選択メモリセルに印加される。これらの非選択メモリセルの中では、第1の非選択メモリセル550は、ゲート層WL0~WL15およびWL64~WL79に位置するメモリセルを備え、第2の非選択メモリセル560は、ゲート層WL16~WL23、WL56~WL63、およびWL80~WL127に位置するメモリセルを備える。ステップS410に従えば、第1のパス電圧Vpass1が第1の非選択メモリセル560に印加され、ここでVpass1<Vpass2である。
In FIG. 5B, the selected
図5Cでは、選択メモリセルが、WL56~WL87であり、それ以外のゲート層に位置するメモリセルは、非選択メモリセルである。読み取り電圧Vreadが選択メモリセル540に印加されると、パス電圧Vpassがそれ以外の非選択メモリセルに印加される。これらの非選択メモリセルの中では、第1の非選択メモリセル550は、ゲート層WL0~WL15に位置するメモリセルを備え、第2の非選択メモリセル560は、ゲート層WL16~WL55およびWL88~WL127に位置するメモリセルを備える。ステップS410に従えば、第1のパス電圧Vpass1が第1の非選択メモリセル550に印加され、第2のパス電圧Vpass2が第2の非選択メモリセル560に印加され、ここでVpass1<Vpass2である。
In FIG. 5C, the selected memory cells are WL56 to WL87, and the other memory cells located in the gate layer are unselected memory cells. When the read voltage Vread is applied to the selected
図5Dでは、選択メモリセル540が、WL88~WL127であり、それ以外のゲート層に位置するメモリセルは、非選択メモリセルである。読み取り電圧Vreadが選択メモリセル540に印加されると、パス電圧Vpassがそれ以外の非選択メモリセルに印加される。これらの非選択メモリセルの中では、第1の非選択メモリセル550は、ゲート層WL0~WL15およびWL64~WL79に位置するメモリセルを備え、第2の非選択メモリセル560は、ゲート層WL16~WL63およびWL80~WL87に位置するメモリセルを備える。ステップS410に従えば、第1のパス電圧Vpass1が第1の非選択メモリセル550に印加され、第2のパス電圧Vpass2が第2の非選択メモリセル560に印加され、ここでは、Vpass1<Vpass2である。
In FIG. 5D, the selected
上の実施形態では、第2のパス電圧が通常使用される標準電圧、例えば、Vpass2=6.5~7Vであってもよい。第1のパス電圧は、標準パス電圧より低く、例えば、Vpass=6~6.5Vである。第1のパス電圧Vpass1は、第2のパス電圧Vpass2よりも0.5V程度低い。 In the above embodiment, the second pass voltage may be a commonly used standard voltage, eg, Vpass2=6.5-7V. The first pass voltage is lower than the standard pass voltage, eg, Vpass=6-6.5V. The first pass voltage Vpass1 is about 0.5V lower than the second pass voltage Vpass2.
図6は、本開示のある実施形態による、3次元メモリの制御方法の効果概略図である。図6を見てみると、その水平軸は、0~127の3次元メモリのワード線数を表し、その垂直軸は、E0マージンの幅を表す。図6は、30000回の読み取り作業サイクル後に得られたE0マージンの平均値の例である。曲線610により、第2のパス電圧Vpass2が非選択セルのすべてに印加される状態が分かり、曲線620により、第1のパス電圧Vpass1が第1の非選択メモリセルに印加され、第2のパス電圧Vpass2が第2の非選択メモリセルに印加される状態が分かる。 FIG. 6 is an effect schematic diagram of a control method for three-dimensional memory according to an embodiment of the present disclosure. Looking at FIG. 6, its horizontal axis represents the number of word lines in the three-dimensional memory from 0 to 127, and its vertical axis represents the width of the E0 margin. FIG. 6 is an example of the average E0 margin obtained after 30000 read duty cycles. Curve 610 shows that the second pass voltage Vpass2 is applied to all of the unselected cells, and curve 620 shows that the first pass voltage Vpass1 is applied to the first unselected memory cells and the second pass voltage Vpass2 is applied to the second unselected memory cells.
図6により分かるような実施形態では、Vpass1=6.2V、Vpass2=6.6Vである。図6で分かるように、チャネル構造の一番下におけるWL0~WL16の近傍にあるメモリセルでは、曲線620のY軸値が曲線610のY軸値よりも大きく、すなわち、本開示の方法では、WL0~WL16の近傍にあるメモリセルのE0マージンが大きくなる。 In the embodiment as seen in FIG. 6, Vpass1=6.2V and Vpass2=6.6V. As can be seen in FIG. 6, for memory cells near WL0-WL16 at the bottom of the channel structure, the Y-axis value of curve 620 is greater than the Y-axis value of curve 610, i.e., the method of the present disclosure increases the E0 margin for memory cells near WL0-WL16.
上記の3次元メモリの制御方法に従えば、標準パス電圧より低い第1のパス電圧が、チャネル構造の直径が比較的小さいメモリセルに印加され、それによりメモリセルのこの部分のリードディスターブを緩和することができる。 According to the control method of the three-dimensional memory described above, a first pass voltage that is lower than the standard pass voltage is applied to the memory cells whose channel structure has a relatively small diameter, so that the read disturb of this part of the memory cells can be mitigated.
図4を見てみると、実施形態によっては、本開示の3次元メモリの制御方法はさらに、
ステップ420:プログラム検証作業が選択メモリセルに対して行われる際、第2のパス電圧を第2の非選択メモリセルに掛けることと、第1の非選択メモリセルがプログラム状態であれば、第1のパス電圧を第1の非選択メモリセルに印加し、第1の非選択メモリセルが消去状態にあれば、第1の非選択メモリセルに第2のパス電圧を印加することと、を含む。ステップ420は、図7A~図7Dとの絡みで以下に説明する。
Turning to FIG. 4, in some embodiments, the method of controlling a three-dimensional memory of the present disclosure further comprises:
Step 420: Applying a second pass voltage to a second unselected memory cell when a program verify operation is performed on the selected memory cell; applying the first pass voltage to the first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in a programmed state; and applying a second pass voltage to the first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in an erased state. Step 420 is described below in conjunction with FIGS. 7A-7D.
実施形態によっては、プログラム検証作業が選択メモリセルに対して行われる際、プログラム検証電圧が選択メモリセルのワード線に印加される。 In some embodiments, when a program verify operation is performed on a selected memory cell, a program verify voltage is applied to the word line of the selected memory cell.
図7A~7Dは、本開示のある実施形態による、3次元メモリの制御方法の実施概略図である。図7A~7Dは、それぞれ、選択メモリセルが位置するゲート層の数の異なる4つの状況の例である。 7A-7D are schematic diagrams of implementations of a control method for a three-dimensional memory, according to certain embodiments of the present disclosure. Figures 7A-7D are examples of four situations, each with a different number of gate layers in which the selected memory cell is located.
図7Aを見てみると、2デッキによる128層3次元メモリの概略図が図5と同様であることが示されている。3次元メモリは、下部に位置する第1のデッキ710と、上部に位置する第2のデッキ720とを備える。第1のデッキ710は、64ゲート層WL0~WL63を備え、第2のデッキ720もまた、64ゲート層WL64~WL127を備える。第1のデッキ710はさらに、第1のデッキ710と第2のデッキ720との間に、実際のゲート層効果をもたらすことのないいくつかの仮想ゲート層730を備える。ゲート層WL0~WL15およびWL64~WL79にあるメモリセルを小さな開口のチャネル構造である第1の部分に対応させ、それ以外のゲート層にあるメモセルを大きな開口のチャネル構造である第2の部分に対応させる。
Looking at FIG. 7A, a schematic diagram of a 128-layer three-dimensional memory with two decks is shown similar to FIG. The three-dimensional memory comprises a
図7Aでは、選択メモリセル740がWL0~WL23にあり、WL24~WL127を含むそれ以外のゲート層に位置するメモリセルは、非選択メモリである。プログラム検証電圧Vverifyが選択メモリセル740に印加される際、パス電圧Vpassがそれ以外の非選択メモリセルに印加される。
In FIG. 7A, the selected
実施形態によっては、各メモリセルは、メモリストリングにおける対応するセル深さに位置し、メモリストリングのチャネル構造の広がり方向に層単位でワード線を通して同じセル深さに位置するメモリセルのページに対してプログラム作業が行われる。図7Aを見てみると、この実施形態では、ワード線数が、メモリストリングのチャネル構造の広がり方向にも対応する第1の方向D1に層単位で増える。WL0は、チャネル構造の底面に対応し、WL127は、チャネル構造の上面に対応する。また、WL0は、第1のデッキ710のチャネル構造の底面に対応し、WL63は、第1のデッキ710のチャネル構造の上面に対応し、WL64は、第2のデッキ720のチャネル構造の底面に対応し、WL127は、第2のデッキ720のチャネル構造の上面に対応する。
In some embodiments, each memory cell is located at a corresponding cell depth in the memory string, and programming operations are performed on a page of memory cells located at the same cell depth through word lines layer by layer in the direction in which the channel structure of the memory string extends. Looking at FIG. 7A, in this embodiment, the number of word lines increases layer by layer in a first direction D1, which also corresponds to the spreading direction of the channel structure of the memory string. WL0 corresponds to the bottom surface of the channel structure and WL127 corresponds to the top surface of the channel structure. Also, WL0 corresponds to the bottom surface of the channel structure on the
同じゲート層にあるメモリセルのセル深さは同じであり、同じセル深さにあるメモリセルは、3次元メモリのページを形成する。図7A~図7Dに示すような実施形態では、プログラム作業が、一番下の層WL0から始まり、層単位で上向きに進む。 Memory cells at the same gate layer have the same cell depth, and memory cells at the same cell depth form a three-dimensional memory page. In embodiments such as those shown in Figures 7A-7D, programming begins at the bottom layer WL0 and proceeds layer by layer upwards.
プログラム作業(書き込みデータとも見なされてもよい)時、メモリセルは、ワード線プログラム順序またはそれ以外のプログラムルールに従ってプログラムされる。例えば、プログラム作業は、メモリブロックのソース側にあるワード線から始まり、メモリブロックのドレイン側にあるワード線に続いてもよい。あるプログラムルールでは、各ワード線のプログラムが完了するたびに、次のワード線のプログラム(すなわち、ページ内のプログラム)に進む。プログラム作業時、3次元メモリにおいて、1つまたは複数の層が選択層として選択され、プログラム電圧がその選択層に印加され、選択ストリングに対応するビット線にはビット線電圧が印加されず、すなわち、選択ストリングに対応するビット線がプログラム作業対象の選択ストリングと見なされ、一方、それ以外のメモリストリングに対して抑制作業が行われる。 During a program operation (which may also be referred to as write data), memory cells are programmed according to word line program order or other programming rules. For example, a programming operation may begin with a word line on the source side of a memory block and continue on a word line on the drain side of the memory block. One program rule is to proceed to program the next word line (ie, program within a page) as each word line completes programming. During a program operation, in a three-dimensional memory, one or more layers are selected as a selection layer, a programming voltage is applied to the selection layer, and no bit line voltage is applied to the bit line corresponding to the selection string, i.e. the bit line corresponding to the selection string is regarded as the selection string to be programmed, while the suppression operation is performed for the other memory strings.
図7Aを見てみると、選択メモリセル740がゲート層WL0~WL23に位置し、それらの中の1つまたは複数の層であってもよい。この場合、それ以外のゲート層WL24~WL127は、プログラム作業を経ておらず、消去状態にある。したがって、WL24~WL127にある非選択メモリセルに印加されたパス電圧Vpassは、第2のパス電圧Vpass2である。
Looking at FIG. 7A, a selected
図7Bでは、選択メモリセル741は、WL24~WL55であり、それ以外のゲート層に位置するメモリセルは、非選択メモリセルである。プログラム検証電圧Vverifyが選択メモリセル741に印加される際、それ以外の非選択メモリセルにはパス電圧Vpassが印加される。これらの非選択メモリセルの中で、第2の非選択メモリセル761に第2のパス電圧Vpass2が印加される。図7Aで分かるように、ゲート層WL0~WL15にある第1の非選択メモリセル750は、プログラム作業を経ており、プログラム状態にあり、それ故、第1の非選択メモリセル750には第1のパス電圧Vpass1が印加される。ゲート層WL56~WL127に位置する非選択メモリセル762は、消去状態にあり、それ故、これらの非選択メモリセル762には第2のパス電圧Vpass2が印加され、この場合、Vpass1<Vpass2である。非選択メモリセル762は、第1の部分に属する第1の非選択メモリセルWL64~WL79と、第2の部分に属する第2の非選択メモリセルWL80~WL127とを備える。
In FIG. 7B, the selected
図7Cでは、選択メモリセル742は、WL56~WL87であり、それ以外のゲート層に位置するメモリセルが非選択メモリセルである。プログラム検証電圧Vverifyが選択メモリセル742に印加される際、それ以外の非選択メモリセルにはパス電圧Vpassが印加される。これらの非選択メモリセルの中で、ゲート層WL16~WL55およびWL88~WL127に位置するメモリセルを備える第2の非選択メモリセル763に第2のパス電圧Vpass2が印加される。非選択メモリセルはさらに、ゲート層WL0~WL15に位置する第1の非選択メモリセル750を備え、図7Aで分かるように、この第1の非選択メモリセル750は、プログラム作業を経ており、プログラム状態にあり、それ故、この第1の非選択メモリセル750には第1のパス電圧Vpass1が印加される。
In FIG. 7C, the selected
図7Dでは、選択メモリセル743は、WL88~WL127であり、それ以外のゲート層に位置するメモリセルが非選択メモリセルである。プログラム検証電圧Vverifyが選択メモリセル743に印加される際、それ以外の非選択メモリセルにはパス電圧Vpassが印加される。これらの非選択メモリセルの中で、ゲート層WL16~WL63およびWL80~WL87に位置するメモリセルを備える第2の非選択メモリセル764に第2のパス電圧Vpass2が印加される。非選択メモリセルはさらに、ゲート層WL0~WL15にある第1の非選択メモリセル750と、ゲート層WL64~WL79にある第1の非選択メモリセル751とを備え、図7Aで分かるように、これらの非選択メモリセルは、プログラム作業を経ており、プログラム状態にあり、それ故、第1の非選択メモリセル750、751には第1のパス電圧Vpass1が印加される。
In FIG. 7D, the selected
メモリセルへのプログラム検証電圧Vverifyの印加は、読み取り作業と同等であり、これもまた、比較的に小さな開口であるメモリセルの場合ではリードディスターブの結果となる。上記の実施形態の制御方法に従えば、プログラム検証電圧のリードディスターブをその間減らすことができる。 Application of the program verify voltage Vverify to a memory cell is equivalent to a read operation, which also results in read disturb for memory cells with relatively small openings. According to the control method of the above embodiment, the read disturb of the program verification voltage can be reduced during that period.
図7A~図7Dは、プログラム作業がゲート層WL0から始まりWL127に層単位で進む実施形態の例である。これ以外の実施形態では、プログラム作業がゲート層WL127から下向きに層単位でWL0まで行われても良く、上記の作業方法がこれらの実施形態にも当てはまる。 7A-7D are examples of embodiments in which the programming operation begins at gate layer WL0 and progresses layer-by-layer to WL127. In other embodiments, programming operations may be performed layer-by-layer from gate layer WL127 down to WL0, and the method of operation described above also applies to these embodiments.
図8は、本開示のある実施形態による3次元メモリのモジュール図である。本開示のこれまで述べた3次元メモリの制御方法を使用して、本実施形態の3次元メモリを制御することができ、それ故、これまで述べた図面および発明を実施するための形態のすべてを使用して、本開示の3次元メモリを描写することができる。 FIG. 8 is a module diagram of a three-dimensional memory according to certain embodiments of the present disclosure; The three-dimensional memory control methods of the present disclosure so far described can be used to control the three-dimensional memory of the present embodiments, and therefore all of the drawings and detailed descriptions so far described can be used to depict the three-dimensional memory of the present disclosure.
図8を見てみると、3次元メモリは、メモリセルアレイ810およびコントローラ820を備える。メモリセルアレイ810は、それぞれが基板上に垂直に広がり、直列接続で垂直に配列されている複数のメモリセルを備える、複数のメモリストリングを備える。複数のメモリセルは、第1の部分と第2の部分を備え、メモリセルの第1の部分のチャネル構造の直径がメモリセルの第2の部分のチャネル構造の直径よりも小さい。コントローラ820は、選択メモリセルに対して読み取り作業が行われる際、非選択メモリセルにパス電圧Vpassを印加するように構成され、この場合、第1のパス電圧Vpass1が第1の部分における第1の非選択メモリセルに印加され、第2の部分における第2の非選択メモリセルに第2のパス電圧Vpass2が印加され、第1のパス電圧Vpass1は、第2のパス電圧Vpass2よりも低い。 Looking at FIG. 8, the three-dimensional memory comprises memory cell array 810 and controller 820 . Memory cell array 810 comprises a plurality of memory strings, each extending vertically over a substrate and comprising a plurality of memory cells arranged vertically in a series connection. The plurality of memory cells has a first portion and a second portion, wherein the diameter of the channel structure in the first portion of the memory cells is smaller than the diameter of the channel structure in the second portion of the memory cells. The controller 820 is configured to apply a pass voltage Vpass to the unselected memory cells when a read operation is performed on the selected memory cell, wherein a first pass voltage Vpass1 is applied to the first unselected memory cells in the first portion and a second pass voltage Vpass2 is applied to the second unselected memory cells in the second portion, the first pass voltage Vpass1 being lower than the second pass voltage Vpass2.
実施形態によっては、コントローラ820がさらに、選択メモリセルに対してプログラム検証作業が行われる際、第2の非選択メモリセルに第2のパス電圧Vpass2を印加し、第1の非選択メモリセルがプログラム状態にあれば、第1の選択メモリセルに第1のパス電圧Vpass1を印加し、第1の非選択メモリセルが消去状態にあれば、第1の非選択メモリセルに第2のパス電圧Vpass2を印加するように、構成されている。 Depending on the embodiment, the controller 820 will further apply a second non -selected memory cell to the second non -selected memory cell, and if the first non -selected memory cell is in a program state, the first pass voltage VPASS1 is the first selection memory cell. It is configured so that if the first non -selected memory cell is in the erasure state, the first non -selected memory cell is applied to the second pass voltage VPass2.
コントローラ820は、本開示の3次元メモリの制御方法を使用して、これまで述べた機能を実施することができ、それ故、これまで述べた図面および発明を実施するための形態を使用して、本開示の3次元メモリのコントローラ820の具体的な機能を描写することができる。同じ内容であれば、これ以上記述しないことにする。 The controller 820 can use the three-dimensional memory control method of the present disclosure to perform the functions described above, and therefore the drawings and detailed descriptions described above can be used to depict the specific functions of the three-dimensional memory controller 820 of the present disclosure. If the content is the same, it will not be described any further.
本実施形態では、メモリセルアレイ810に含まれる各メモリセルは、1ビットデータを保存するシングルレベルセル(SLC:Single-Level Cell)であることも、2ビット以上のデータを保存することのできるマルチレベルセル(MLC:Multi-Level Cell)(MLC、TLC、およびQLCなど)であることも、またはシングルレベルセルとマルチレベルセルとの如何なる組み合わせであることもある。 In this embodiment, each memory cell included in the memory cell array 810 may be a single-level cell (SLC) that stores 1-bit data, a multi-level cell (MLC) (such as MLC, TLC, and QLC) that can store more than two bits of data, or any combination of single-level cells and multi-level cells.
本実施形態では、メモリセルアレイ810にあるメモリセルをワード線WLおよびビット線BLに接続することができる。その一方、メモリセルアレイ810を、ストリング選択線SSL、グラウンド選択線GSLなど、それ以外の選択線にも接続することができる。具体的には、メモリセルアレイ810を、ワード線WLまたは選択線(SSLおよび/またはGSL)を通してワード線デコーダ850に接続し、さらに電圧発生装置860に接続することができる。メモリセルアレイ810を、ビット線BLを通してビット線デコーダ830に接続し、さらに入力/出力(I/O)回路840に接続することができる。コントローラ820は、それぞれ、ビット線デコーダ830、I/O回路840、ワード線デコーダ850、電圧発生装置860と接続されている。 In this embodiment, memory cells in memory cell array 810 can be connected to word lines WL and bit lines BL. On the other hand, the memory cell array 810 can also be connected to other select lines, such as string select lines SSL and ground select lines GSL. Specifically, the memory cell array 810 can be connected to a word line decoder 850 through word lines WL or select lines (SSL and/or GSL) and further to a voltage generator 860 . The memory cell array 810 may be connected to a bitline decoder 830 through bitlines BL and further to input/output (I/O) circuitry 840 . Controller 820 is connected to bit line decoder 830, I/O circuit 840, word line decoder 850, and voltage generator 860, respectively.
1つまたは複数のメモリセルに対して消去作業、プログラム作業、読み取り-書き込み作業、または検証作業を行う必要がある場合、コントローラ820は、ビット線BLを通してビット線デコーダ830によりアドレス指定するのに向けて、またワード線WLを通してワード線デコーダ850によりアドレス指定するのに向けて、1つまたは複数のメモリセルのアドレスを送信することができる。 When one or more memory cells need to be erased, programmed, read-written, or verified, controller 820 can send the address of one or more memory cells for addressing by bit line decoder 830 through bit line BL and by word line decoder 850 through word line WL.
実施形態によっては、ビット線デコーダ830およびワード線デコーダ850の機能は、一元化アドレスデコーダにより実施され得る。アドレスデコーダにはさらに、アドレスバッファなどの構成要素を備えてもよい。 In some embodiments, the functions of bitline decoder 830 and wordline decoder 850 may be performed by a unified address decoder. The address decoder may further comprise components such as address buffers.
I/O回路840は、一方で、コントローラ820および/または外側からデータを受信し、受信したデータを書き込み作業に向けてメモリセルアレイ810に保存することができ、もう一方で、メモリセルアレイ810からデータを読み取り、読み取りデータを読み取り作業に向けてコントローラ820および/または外側に出力することができる。 The I/O circuitry 840 can, on one hand, receive data from the controller 820 and/or outside and store the received data in the memory cell array 810 for write operations, and on the other hand can read data from the memory cell array 810 and output the read data to the controller 820 and/or outside for read operations.
電圧発生装置860は、コントローラ820からの制御信号を受けてメモリセルアレイ810に対して消去作業、プログラム作業、読み取り-書き込み作業、および検証作業を行うのに様々な電圧を発生させることができる。特に、電圧発生装置860は、ワード線電圧、例えば、プログラム電圧(すなわち書き込み電圧)、プログラム抑制電圧、読み取り電圧、および検証電圧などを発生させることができる。電圧発生装置860は、ビット線印加電圧または阻止電圧などのビット線電圧を発生させることができる。本開示の本実施形態では、電圧発生装置860は、先に述べたパス電圧Vpass(第1のパス電圧Vpass1および第2のパス電圧Vpass2を含む)、読み取り電圧Vread、およびプログラム検証電圧Vverifyなどを発生させることができる。 The voltage generator 860 can receive control signals from the controller 820 and generate various voltages for performing erase operations, program operations, read-write operations, and verify operations on the memory cell array 810 . In particular, voltage generator 860 can generate word line voltages, such as program voltages (ie, write voltages), program inhibit voltages, read voltages, and verify voltages. A voltage generator 860 can generate a bit line voltage, such as a bit line apply voltage or a blocking voltage. In this embodiment of the present disclosure, the voltage generator 860 can generate the pass voltage Vpass (including the first pass voltage Vpass1 and the second pass voltage Vpass2), the read voltage Vread, and the program verify voltage Vverify, etc., as described above.
コントローラ820は、制御信号をビット線デコーダ830、I/O回路840、ワード線デコーダ850、および電圧発生装置860に出力することができる。例えば、コントローラ820は、電圧制御信号を電圧発生装置860に出力し、ワード線アドレスをワード線デコーダ850に出力し、ビット線アドレスをビット線デコーダ830に出力し、書き込みデータをI/O回路840に出力し、またI/O回路840から読み取られたデータを受信することができる。 Controller 820 may output control signals to bit line decoder 830 , I/O circuitry 840 , word line decoder 850 , and voltage generator 860 . For example, controller 820 may output voltage control signals to voltage generator 860, output word line addresses to word line decoder 850, output bit line addresses to bit line decoder 830, output write data to I/O circuitry 840, and receive data read from I/O circuitry 840.
実施形態によっては、コントローラ820は、ビット線デコーダ830を、いくつかのビット線BLを選択するように制御し、ワード線デコーダ850をいくつかのワード線WLを選択するように制御し、一定の電圧をこれらのビット線BLおよびワード線WLに電圧発生装置860を通して印加する。例えば、読み取り作業時、読み取り電圧を選択ワード線WLに印加し、読み取りが阻止されるメモリセルでは、読み取り阻止電圧を非選択ビット線BLに印加し得る。プログラム作業時、プログラム電圧および検証電圧を選択ワード線WLに印加してもよく、プログラム阻止電圧が非選択ビット線BLに印加される。 In some embodiments, controller 820 controls bit line decoder 830 to select some bit lines BL, word line decoder 850 to select some word lines WL, and applies a constant voltage to these bit lines BL and word lines WL through voltage generator 860. For example, during a read operation, a read voltage may be applied to the selected word line WL, and in memory cells where reading is blocked, a read blocking voltage may be applied to the unselected bit lines BL. During a program operation, a program voltage and a verify voltage may be applied to the selected word line WL, and a program blocking voltage is applied to the unselected bit lines BL.
本開示の本実施形態のコントローラ820にはさらに、プロセッサ、I/Oインターフェースなどの構成要素を備えてもよい。ビット線デコーダ830、I/O回路840、ワード線デコーダ850、および電圧発生装置860用のコントローラ820の制御論理は、これまで述べたものに限らない。コントローラ820は、当業者であれば分かる不揮発性メモリ用のそれ以外の論理制御機能を実施することができる。 The controller 820 of this embodiment of the disclosure may further comprise components such as processors, I/O interfaces, and the like. The control logic of controller 820 for bit line decoder 830, I/O circuit 840, word line decoder 850, and voltage generator 860 is not limited to that described above. Controller 820 may perform other logical control functions for non-volatile memory as will be appreciated by those skilled in the art.
実施形態によっては、コントローラ820は、ソフトウェアに基づき、メモリセルアレイ810が行うことを必要とするメモリ作業を示すことができる。 In some embodiments, controller 820 can indicate, based on software, the memory operations that memory cell array 810 needs to perform.
本開示のこの実施形態では、メモリストリングは、基板上に垂直に広がる。基板は、シリコン基板(Si)でも、ゲルマニウム基板(Ge)でも、シリコンゲルマニウム基板(SiGe)でも、シリコンオン絶縁体(SOI:Silicon On Insulator)でも、ゲルマニウムオン絶縁体(GOI:Germanium On Indulator)などでもよい。実施形態によっては、基板はまた、GaAs、InP、またはSiCなどのそれ以外の元素半導体または化合物半導体を含む基板であってもよい。基板はまた、Si/SiGeなどのスタック構造であってもよい。基板はさらに、SiGeオン絶縁体(SGOI:SiGe On Insulator)などのそれ以外のエピタキシャル構造を備えていてもよい。実施形態によっては、基板は、ガラス、プラスチック、またはサファイアウエハなどの非導電性材料から作られていてもよい。基板にいくつか必要な加工が施され、例えば、共通活性領域が形成されている、必要なクリーニングがなされているなどである。 In this embodiment of the present disclosure, the memory strings extend vertically over the substrate. The substrate may be a silicon substrate (Si), a germanium substrate (Ge), a silicon germanium substrate (SiGe), a Silicon On Insulator (SOI), a Germanium On Insulator (GOI), or the like. In some embodiments, the substrate may also be a substrate comprising other elemental or compound semiconductors such as GaAs, InP, or SiC. The substrate may also be a stacked structure such as Si/SiGe. The substrate may also comprise other epitaxial structures such as SiGe On Insulator (SGOI). In some embodiments, the substrate may be made from a non-conductive material such as glass, plastic, or a sapphire wafer. The substrate has undergone some necessary processing, eg, a common active area has been formed, necessary cleaning has been performed, and so on.
スタック構造が、基板の上に配置され、スタック構造は、第1の材料層と第2の材料層との交互積層により形成されたスタックであってもよい。第1の材料層および第2の材料層を以下の材料から選んでもよく、これらの材料としては、少なくとも1つの絶縁体、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、無定形炭素、ダイヤモンド状無定形炭素、酸化ゲルマニウム、酸化アルミニウムなど、およびそれらの組み合わせが含まれ得る。第1の材料層と第2の材料層とはエッチング選択性が異なる。例えば、それらが窒化シリコンと酸化シリコンとの組み合わせでも、酸化シリコンとアンドープポリシリコンまたは無定形炭素との組み合わせでも、酸化シリコンまたは窒化シリコンと無定形炭素との組み合わせなどでもよい。スタック構造の第1の材料層および第2の材料層の堆積方法としては、化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition、PECVD、LPCVD、およびHDPCVD)、原子層蒸着(ALD:Atomic Layer Deposition)、または分子線エピタキシ(MBE:Molecular Beam Epitaxy)、熱酸化、蒸発、スパッタリング、および他の様々な方法などの物理蒸着方法を挙げることができる。本開示のこの実施形態では、第1の材料層がゲート層であってもよく、第2の材料層が絶縁層であってもよい。ゲート層は、ダミーゲート層の除去の後、形成され得る。ゲート犠牲層の材料は、例えば、窒化シリコン層であってもよい。ゲート層の材料は、金属タングステン、コバルト、銅、ニッケルなどの伝導材料であってもよく、ポリシリコン、ドープシリコン、またはそれらの如何なる組み合わせであってもよい。絶縁層の材料は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどであってもよい。 A stack structure may be disposed over the substrate, the stack structure being a stack formed by alternating layers of a first material layer and a second material layer. The first material layer and the second material layer may be selected from the following materials, which may include at least one insulator, such as silicon nitride, silicon oxide, amorphous carbon, diamond-like amorphous carbon, germanium oxide, aluminum oxide, etc., and combinations thereof. The first material layer and the second material layer have different etch selectivities. For example, they may be a combination of silicon nitride and silicon oxide, a combination of silicon oxide and undoped polysilicon or amorphous carbon, a combination of silicon oxide or silicon nitride and amorphous carbon, and the like. Methods of depositing the first material layer and the second material layer of the stacked structure include Chemical Vapor Deposition (CVD, PECVD, LPCVD, and HDPCVD), Atomic Layer Deposition (ALD), or Molecular Beam Epitaxy (MBE), thermal oxidation, and evaporation. , sputtering, and various other methods. In this embodiment of the present disclosure, the first layer of material may be a gate layer and the second layer of material may be an insulating layer. A gate layer may be formed after removal of the dummy gate layer. The material of the gate sacrificial layer may be, for example, a silicon nitride layer. The material of the gate layer may be a conductive material such as metallic tungsten, cobalt, copper, nickel, or may be polysilicon, doped silicon, or any combination thereof. The material of the insulating layer may be, for example, silicon oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, or the like.
本開示のこの実施形態では、基板の材料は、例えばシリコンでもよい。第1の材料層および第2の材料層は、例えば、窒化シリコンと酸化シリコンとの組み合わせである。窒化シリコンと酸化シリコンとの組み合わせを例に取ると、化学蒸着(CVD)、原子層蒸着(ALD)またはそれ以外の相応の堆積方法により、窒化シリコンと酸化シリコンとを途切れなく基板上に交互に堆積させると、スタック構造を形成することができる。 In this embodiment of the present disclosure, the material of the substrate may be silicon, for example. The first material layer and the second material layer are, for example, a combination of silicon nitride and silicon oxide. Taking the combination of silicon nitride and silicon oxide as an example, a stacked structure can be formed by alternately depositing silicon nitride and silicon oxide on a substrate by chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD) or other suitable deposition methods.
本明細書では初期半導体構造の代表的な組成を述べているが、このような半導体構造から1つまたは複数の特徴が取り除かれても、置き換えられても、それに加えられてもよい、ということが分かる。例えば、必要に応じて、様々なウエル領域が基板に形成されてもよい。また、それぞれの層の例として挙げた材料は、単に典型であり、例えば、基板は、SOI(シリコンオン絶縁体)、SiGe、Si:Cなどのそれ以外のシリコン含有基板であってもよい。ゲート層も、それ以外の伝導層、例えば、金属タングステン、コバルト、ニッケルなどであってもよい。第2の材料もまたそれ以外の絶縁材料、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどであってもよい。 Although the specification describes representative compositions of initial semiconductor structures, it is understood that one or more features may be removed from, substituted for, or added to such semiconductor structures. For example, various well regions may be formed in the substrate as desired. Also, the materials given as examples for each layer are merely exemplary, for example the substrate may be SOI (silicon-on-insulator), SiGe, Si:C or other silicon-containing substrates. The gate layer may also be other conductive layers, such as metallic tungsten, cobalt, nickel, and the like. The second material may also be other insulating materials such as aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, and the like.
メモリセルに対応するチャネル構造が、スタック構造を垂直に貫通するチャネルホールに形成されてもよい。それ故、チャネル構造は、円筒形であってもよい。チャネル構造は、チャネル層またはメモリ層を備えてよい。全体として、メモリ層とチャネル層とが途切れなく外側から内側にチャネル構造の半径方向に配置されている。メモリ層は、途切れなくチャネル構造の外側から内側にチャネル構造の半径方向に堆積している、ブロッキング層、電荷トラッピング層、およびトンネル層を備えてよい。充填層もチャネル層に配置されてよい。充填層は、支持体として働くことができる。充填層の材料は、酸化シリコンであってもよい。充填層は、素子確実性に何ら影響を及ぼすことのないということを前提に中身が詰まっていても中空であってもよい。チャネル構造の形成は、1つまたは複数の膜堆積プロセス、例えば、ALD、CVD、PVDなど、またはそれらの如何なる組み合わせによっても実施され得る。 A channel structure corresponding to the memory cell may be formed in a channel hole vertically penetrating the stack structure. Therefore, the channel structure may be cylindrical. The channel structure may comprise a channel layer or a memory layer. Overall, the memory layer and the channel layer are arranged seamlessly from the outside to the inside in the radial direction of the channel structure. The memory layer may comprise a blocking layer, a charge trapping layer, and a tunneling layer, which are deposited in a radial direction of the channel structure from the outside to the inside of the channel structure without interruption. A fill layer may also be disposed in the channel layer. The packing layer can act as a support. The material of the filling layer may be silicon oxide. The fill layer may be solid or hollow provided that it does not affect device reliability. Formation of the channel structure may be performed by one or more film deposition processes such as ALD, CVD, PVD, etc., or any combination thereof.
実施形態によっては、本開示の3次元メモリはさらに、複数のワード線を備え、複数のワード線のそれぞれは、同じセル深さのメモリセルのページとつながっており、各メモリセルは、メストリングにおける対応するセル深さに位置する。 In some embodiments, the three-dimensional memory of the present disclosure further comprises a plurality of word lines, each of the plurality of word lines connecting with a page of memory cells of the same cell depth, each memory cell located at a corresponding cell depth in the mesring.
図9は、本開示の本実施形態に使用することができるメモリブロックの回路概略図である。図8で分かるようなメモリセルアレイ810は、複数のメモリブロックを備えてよい。図9を見てみると、MC(メモリセル)がメモリセルを表し、各メモリセルのセル深さが対応している。例えば、図9におけるメモリセルMCは、ワード線WL8とつながったゲート層に位置する。メモリストリングSTRは、ワード線層WL1~WL8の数が徐々に増える方向に途切れなく複数のメモリセルを接続する。同じセル深さのメモリセルは、同じページに位置する。コントローラ820は、電圧発生装置860を設定に従ってそれぞれのワード線に印加される電圧を発生させるように制御し、それにより各メモリセルに印加される電圧を制御する。 FIG. 9 is a circuit schematic diagram of a memory block that can be used in this embodiment of the present disclosure. A memory cell array 810 as seen in FIG. 8 may comprise a plurality of memory blocks. Looking at FIG. 9, MC (memory cell) represents a memory cell, and the cell depth of each memory cell corresponds. For example, memory cell MC in FIG. 9 is located in a gate layer connected to word line WL8. A memory string STR connects a plurality of memory cells seamlessly in a direction in which the number of word line layers WL1 to WL8 gradually increases. Memory cells with the same cell depth are located on the same page. Controller 820 controls voltage generator 860 to generate the voltage applied to each word line according to the settings, thereby controlling the voltage applied to each memory cell.
各ストリングSTRはさらに、それぞれ、途切れなく接続されたメモリセルMCの両端に接続されているストリング選択トランジスタSSTとグラウンド選択トランシスタGSTとを備えてもよい。GSLとは共通ソース線のことである。メモリストリングSTR、ワード線WL、およびビット線BLの個数は、実施形態に応じて異なることがある。 Each string STR may further comprise a string select transistor SST and a ground select transistor GST respectively connected across the seamlessly connected memory cells MC. GSL stands for common source line. The number of memory strings STR, word lines WL, and bit lines BL may vary depending on the embodiment.
図9は、単に例を表すものに過ぎず、本開示の3次元メモリの実際の構造やワード線層の個数などを制限するものではない。 FIG. 9 is merely illustrative and does not limit the actual structure, number of wordline layers, etc. of the three-dimensional memory of the present disclosure.
実施形態によっては、本開示のメモリストリングのチャネル構造の直径は、メモリストリングの底面から上面に徐々に大きくなる。 In some embodiments, the diameter of the channel structure of the memory string of the present disclosure gradually increases from the bottom surface to the top surface of the memory string.
実施形態によっては、メモリセルの第1の部分がメモリセルの第2の部分の下に位置する。 In some embodiments, the first portion of the memory cells underlies the second portion of the memory cells.
実施形態によっては、メモリストリングが、チャネル構造の広がり方向に積み重ねられた第1のメモリストリングと第2のメモリストリングとを備え、第1のメモリストリングのチャネル構造の直径が第1のメモリストリングの底面から上面に徐々に大きくなっており、第2のメモリストリングのチャネル構造の直径が第2のメモリストリングの底面から上面に徐々に大きくなっている。第1のメモリストリングの上面におけるチャネル構造の直径が第2のメモリストリングの底面におけるチャネル構造の直径よりも大きくてもよい。これらの実施形態の3次元メモリの構造について、図1を参照することができ、3次元メモリは、それぞれが、直径が底面で小さく、上面で大きいチャネル構造を備える、2つより多いデッキを備える。 In some embodiments, the memory string comprises a first memory string and a second memory string stacked in the direction in which the channel structure extends, the diameter of the channel structure of the first memory string gradually increasing from the bottom surface to the top surface of the first memory string, and the diameter of the channel structure of the second memory string gradually increasing from the bottom surface to the top surface of the second memory string. The diameter of the channel structure at the top surface of the first memory string may be larger than the diameter of the channel structure at the bottom surface of the second memory string. For the structure of the three-dimensional memory of these embodiments, reference can be made to FIG. 1, which comprises more than two decks each comprising a channel structure with a smaller diameter at the bottom and a larger diameter at the top.
実施形態によっては、本開示の3次元メモリセルは、3D NANDフラッシュである。 In some embodiments, the three-dimensional memory cells of the present disclosure are 3D NAND flash.
本開示の3次元メモリでは、読み取り作業時、小さな開口チャネル構造であるメモリセルに比較的低い第1のパス電圧が印加され、それによりメモリセルのこの部分のリードディスターブを事実上減らすことができ、また、プログラム検証段階において、小さな開口チャネル構造であるメモリセルに比較的低い第1のパス電圧をまた印加することにより、メモリセルのこの部分のリードディスターブをさらに減らし、3次元メモリの確実性を高める。 In the three-dimensional memory of the present disclosure, a relatively low first pass voltage is applied to the memory cells that are small opening channel structures during a read operation, thereby effectively reducing the read disturb of this portion of the memory cells, and in the program verify phase, by also applying a relatively low first pass voltage to the memory cells that are small opening channel structures, further reducing the read disturb of this portion of the memory cells and enhancing the reliability of the three-dimensional memory.
本開示について、現時点の具体的な実施形態を参照しながら説明してきたがなお、当業者には、これまでの実施形態が本開示を説明するために使用されたに過ぎず、本開示の趣旨を外れない限り様々な同等の修正や取り替えがなされてもよい、と言うことが分かるはずである。それ故、これまで述べた実施形態の変形形態および異形形態が本開示の実質的な趣旨の範囲にある限り、それらは、本出願の特許請求の範囲にある。 Although the present disclosure has been described with reference to specific embodiments at the present time, it should be appreciated by those skilled in the art that the foregoing embodiments were only used to describe the disclosure and that various equivalent modifications and substitutions may be made without departing from the spirit of the disclosure. Therefore, variations and variations of the above-described embodiments, so long as they come within the substantial spirit of this disclosure, are covered by the claims of this application.
110 第1のデッキ
111 スタック構造
112 チャネルホール構造
113 底面
114 上面
120 第2のデッキ
121 スタック構造
122 チャネルホール構造
123 底面
124 上面
310 左半分
311 曲線
313 曲線
314 曲線
315 第1の範囲
316 第2の範囲
320 右半分
510 第1のデッキ
520 第2のデッキ
540 選択メモリセル
550 第1の非選択メモリセル
560 第2の非選択メモリセル
610 曲線
620 曲線
710 第1のデッキ
720 第2のデッキ
740 選択メモリセル
741 選択メモリセル
742 選択メモリセル
743 選択メモリセル
750 第1の非選択メモリセル
751 第1の非選択メモリセル
761 第2の非選択メモリセル
762 非選択メモリセル
763 第2の非選択メモリセル
764 第2の非選択メモリセル
810 メモリセルアレイ
820 コントローラ
830 ビット線デコーダ
840 入力/出力(I/O)回路
850 ワード線デコーダ
860 電圧発生装置
110
Claims (14)
前記第1のデッキおよび/または前記第2のデッキにおける選択メモリセルに対して読み取り作業を行うステップと、
前記第1のデッキおよび前記第2のデッキにおける前記選択メモリセル以外の非選択メモリセルにパス電圧を印加するステップであって、前記パス電圧は、第1のパス電圧と第2のパス電圧とを備え、前記第1のパス電圧が前記第2のパス電圧よりも低く、前記第1のパス電圧が前記第1の部分の第1の非選択メモリセルに印加され、前記第2のパス電圧が前記第2の部分の第2の非選択メモリセルに印加される、印加するステップと、を含む、制御方法。 A method for controlling a three-dimensional memory, wherein the three-dimensional memory comprises a first deck and a second deck stacked vertically on a substrate, the first deck and the second deck each comprising a plurality of memory strings, each memory string comprising a plurality of memory cells, the plurality of memory cells comprising a first portion and a second portion, wherein a diameter of a channel structure corresponding to a first portion of the memory cells corresponds to a second portion of the memory cells. diameter, the method comprising:
performing a read operation on selected memory cells in the first deck and/or the second deck;
applying a pass voltage to unselected memory cells other than the selected memory cell in the first deck and the second deck, wherein the pass voltage comprises a first pass voltage and a second pass voltage, wherein the first pass voltage is lower than the second pass voltage, the first pass voltage is applied to the first unselected memory cells of the first portion, and the second pass voltage is applied to the second unselected memory cells of the second portion; control methods, including;
前記第1のデッキおよび前記第2のデッキにおける前記選択メモリセル以外の非選択メモリセルに前記パス電圧を印加するステップであって、前記第2のパス電圧が前記第2の非選択メモリセルに印加され、印加される前記パス電圧が、前記第1の非選択メモリセルの状態に応じて決められ、前記第1の非選択メモリセルがプログラム状態であれば、第1のパス電圧が第1の非選択メモリセルに印加され、前記第1の非選択メモリセルが消去状態であれば、前記第2のパス電圧が前記第1の非選択メモリセルに印加される、印加するステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の制御方法。 performing a program verify operation on the selected memory cell;
a step of applying the pass voltage to unselected memory cells other than the selected memory cells in the first deck and the second deck, wherein the second pass voltage is applied to the second unselected memory cells, the applied pass voltage is determined according to the state of the first unselected memory cells, and if the first unselected memory cells are in a programmed state, the first pass voltage is applied to the first unselected memory cells; 2. The control method of claim 1, further comprising: applying a pass voltage to the first unselected memory cell.
基板の垂直方向に積み重なっている第1のデッキと第2のデッキとを備えるメモリセルアレイであって、前記第1のデッキと第2のデッキとは、それぞれ、複数のメモリストリングを備え、各メモリストリングは、前記基板の上に垂直方向に広がり、直列接続で垂直方向に配列されている複数のメモリセルを備える、メモリセルアレイと、
第1の部分と第2の部分とを備える前記複数のメモリセルであって、前記メモリセルの第1の部分のチャネル構造の直径が前記メモリセルの第2の部分の前記チャネル構造の直径よりも小さい、前記複数のメモリセルと、
読み取り作業が選択メモリセルに対して行われる際、制御信号を電圧コントローラに送るように構成されたコントローラであって、前記制御信号に応答して、第1のパス電圧および第2のパス電圧を備えるパス電圧を非選択メモリセルに印加し、前記第1のパス電圧が前記第2のパス電圧よりも低く、第1のパス電圧が、前記第1の部分の第1の非選択メモリセルに印加され、前記第2のパス電圧が、前記第2の部分の第2の非選択メモリセルに印加される、コントローラと、を備える、3次元メモリ。 A three-dimensional memory,
a memory cell array comprising a first deck and a second deck stacked vertically on a substrate, the first deck and the second deck each comprising a plurality of memory strings, each memory string extending vertically over the substrate and comprising a plurality of memory cells vertically arranged in series connection;
said plurality of memory cells comprising a first portion and a second portion, wherein a diameter of a channel structure in a first portion of said memory cell is smaller than a diameter of said channel structure in a second portion of said memory cell;
A controller configured to send a control signal to a voltage controller when a read operation is performed on a selected memory cell, in response to the control signal, applying a pass voltage comprising a first pass voltage and a second pass voltage to unselected memory cells, wherein the first pass voltage is lower than the second pass voltage, the first pass voltage is applied to the first unselected memory cells of the first portion, and the second pass voltage is applied to the second unselected memory cells of the second portion. A three-dimensional memory, comprising: a controller.
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