JP7575496B2 - Three-dimensional memory and control method thereof - Google Patents
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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。 This disclosure relates to the field of integrated circuit manufacturing, and more specifically to three-dimensional memories and control methods thereof.
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。 To overcome the limitations of two-dimensional memory elements, the industry has developed and produced large-scale memory elements with three-dimensional (3D) structures in which memory cells are arranged three-dimensionally on a substrate, increasing integration density. 3D NAND flash is a three-dimensional memory element. As the number of stack layers increases, the channel hole gradually becomes deeper. Since the upper opening of the channel hole is larger than its lower opening, the difference between the upper and lower openings of the channel hole increases as the channel hole becomes deeper. When a read operation is performed on a three-dimensional memory 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 where the memory cell is located is relatively small, the pass voltage will bring a higher electric field strength to the memory cell, and after multiple reads, will cause read disturbance to the memory cell.
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。 The technical problem to be solved by this disclosure is to provide a three-dimensional memory that reduces read disturbance and a method for controlling the same.
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。 In order to solve the above technical problems, the technical solution adopted by the present disclosure is a control method for a three-dimensional memory element, in which a three-dimensional memory includes a first deck and a second deck stacked in the vertical direction of a substrate, the first deck and the second deck each including a plurality of memory strings, each memory string including a plurality of memory cells, the plurality of memory cells including a first portion and a second portion, and a diameter of a channel structure corresponding to the first portion of the memory cells being smaller than a diameter of a channel structure corresponding to the second portion of the memory cells, the method including: performing a read operation on a selected memory cell in the first deck and/or the second deck; and applying a pass voltage to unselected memory cells other than the selected memory cell in the first deck and the second deck, the pass voltage including a first pass voltage and a second pass voltage, the first pass voltage being lower than the second pass voltage, the first pass voltage being applied to the first unselected memory cell in the first portion, and the second pass voltage being applied to the second unselected memory cell in 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 includes 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, where a second pass voltage is applied to the second unselected memory cell, the applied pass voltage being determined according to a 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, and if the first unselected memory cell is in an erased state, the second pass voltage is applied to the first unselected memory cell.
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 one embodiment of the present disclosure, memory cells in a memory string are coupled to a corresponding word line through which a pass voltage is 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 one embodiment 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 one embodiment 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 one embodiment of the present disclosure, each memory cell is at a corresponding cell depth in a memory string, and programming is performed on a page of memory cells at the same cell depth through word lines in a layer-by-layer manner in the direction of the extent 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 problems, the present disclosure further proposes a three-dimensional memory, which includes a memory cell array having a first deck and a second deck stacked vertically on a substrate, each of the first deck and the second deck having a plurality of memory strings, each of the memory strings extending vertically above the substrate and having a plurality of memory cells arranged vertically in series connection; a plurality of memory cells having a first portion and a second portion, the diameter of the channel structure of the first portion of the memory cell being smaller than the diameter of the channel structure of the 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 a selected memory cell, the controller being configured to apply a pass voltage including a first pass voltage and a second pass voltage to the unselected memory cells in response to the control signal, the first pass voltage being lower than the second pass voltage, the first pass voltage being applied to the first unselected memory cell of the first portion, and the second pass voltage being applied to the second unselected memory cell 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 some 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, and the voltage controller, in response to the control signal, applies a second pass voltage to a second unselected memory cell, applies the first pass voltage to a first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in a programmed state, and applies the 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 some embodiments of the present disclosure, the three-dimensional memory further comprises a plurality of word lines, each of which is coupled to a page of memory cells at the same cell depth, with each memory cell located at a corresponding cell depth in a 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 one embodiment 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 some embodiments of the present disclosure, a first portion of the memory cell is located below a second portion of the memory cell.
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 one embodiment of the present disclosure, a memory string includes a first memory string and a second memory string stacked in the direction of extension of the channel structure, with 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 greater 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 disclosed three-dimensional memory and control method thereof, a first pass voltage lower than the normal pass voltage is applied to memory cells having a relatively small diameter channel structure, thereby reducing read disturbance in this portion of the memory cell. In addition, in the program verification phase, a relatively low first pass voltage is applied to memory cells having a relatively small open channel structure, thereby further reducing read disturbance in this portion of the memory cell and increasing 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 above-mentioned objectives, features, and advantages of the present disclosure clearer and easier to understand, specific implementation forms of the present disclosure will be described in detail below in conjunction 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 above-mentioned objectives, features, and advantages of the present disclosure clearer and easier to understand, specific implementation forms of the present disclosure will be described in detail below in conjunction 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 provides more specific details for a thorough understanding of the present disclosure. However, the present disclosure may be implemented in ways other than those described herein. Thus, 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 used herein and in the claims, terms such as "a," "an," and/or "the" are not intended to refer to the singular, but rather to include the plural, unless otherwise clearly indicated in the text. In general, the terms "comprise" and "conclude" indicate only that the method or apparatus includes the specifically identified steps and elements, not an exclusive enumeration, and that the 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 the embodiments of the present disclosure in detail, for convenience of illustration, cross-sectional views showing device structures are partially enlarged and not to scale, and schematic diagrams are merely illustrative 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 relationship terms such as "under," "below," "lower," "beneath," "above," and "on" may be used herein for convenience of description to describe the relationship of an element or feature to another element or feature as shown in the figures. It is understood that these spatial relationship terms are intended to include orientations of the device other than as shown in the figures in use or operation. For example, if a device in a figure is flipped, the orientation of an element described as being "below," or "under," or "beneath" another element or feature will change to being "above" the other element. Thus, the representative terms "below" and "beneath" can include an upward and downward orientation. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or otherwise) and therefore the spatial relationship terms as used herein should be interpreted accordingly. Also, when a layer is said to be "between" two layers, it is understood that it may be the only layer between the two layers, or there may be one or more layers intervening between them.
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 "over" a second feature can include embodiments in which the first feature and the second feature are in direct contact, and can also include embodiments in which another feature is formed between the first feature and the second feature, such that the first feature and the second feature are 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。 It should also be noted that the terms "first", "second", etc., used to define components are merely for the convenience of distinguishing corresponding components. Unless otherwise specified, the terms described above do not have any specific meaning and therefore are not considered to limit the scope of protection of this 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 element" refers to a semiconductor element in which memory cell transistor strings (referred to herein as "memory strings", such as NAND strings) are oriented perpendicular to a horizontal substrate such that the memory strings extend perpendicular to the substrate. As used herein, the term "vertical" 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 onto which a layer of material is subsequently added. The substrate itself may be patterned. The material added to the top surface of the substrate may be patterned or may remain unpatterned. Additionally, substrates may include a wide range of semiconductor materials such as silicon, germanium, gallium arsenide, indium phosphide, etc. Alternatively, substrates may be made of non-conductive materials such as glass, plastic, or sapphire wafers.
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 region of thickness. A layer may span the entirety of an underlying or overlying structure, or may extend less than the extent of the underlying or overlying structure. Additionally, a layer may be a uniform continuous structure whose thickness is less than the thickness of the continuous structure, or a region of a non-uniform continuous structure. For example, a layer may be between any pair of horizontal surfaces between the top and bottom surfaces of a continuous structure, or on the top and bottom surfaces of a continuous structure. A layer may extend horizontally, vertically, and/or along tapered surfaces. A substrate may be a layer and may include one or more layers therein and/or have one or more layers on, above, and/or below it. A layer may include multiple layers. For example, an interconnect layer may include one or more conductor and contact layers (with contacts, interconnect lines, and/or via holes formed therein) 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。 Flow diagrams are used in this application to illustrate operations performed by the system according to embodiments of the application. It should be understood that the operations described above or below do not necessarily have to be performed in order. Conversely, the steps may be processed in reverse order or simultaneously. Alternatively, other operations may be added to these processes, or alternatively, any one or more steps of the operations may be 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。
Figure 1 is a structural diagram of a part of a three-dimensional memory with multiple decks. Looking at Figure 1, the three-dimensional memory has 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 becomes gradually smaller from the top to the bottom of the channel hole in the direction of expansion of the channel hole structure. As the number of stack 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, where the horizontal axis represents the threshold voltage Vt and the vertical axis represents the number of memory cells. In FIGS. 2A and 2B, a multi-level cell (MLC) technology is taken as an example, according to which each memory cell stores two bits of information, namely, 00, 01, 10, and 11. The threshold voltages of memory cells may have four states, namely, E state, P1 state, P2 state, and P3 state, as shown in FIGS. 2A and 2B. Among them, E state is an erase state corresponding to an erase action whose corresponding data format is 11, and P1 state, P2 state, and P3 state are program states corresponding to program actions whose corresponding data formats are 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。 Figure 2A is a distribution diagram of threshold voltages under normal conditions. Looking at Figure 2A, there are multiple margins between each state, for example, the margin distance between the E state and the P1 state, which is divided into E0 margin and E1 margin, where the E0 margin is closer to the E state and the E1 margin is closer to the P1 state. Similarly, the margin distance between the P1 state, the P2 state, and the P3 state is 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 memory cells, a read voltage (Vread) is applied to the gate of the read memory cell, which means that these memory cells are in a turned-on state, and a pass voltage ( Vpass ) is applied to the other memory cells on the same memory string as the read memory cell. The pass voltage is also called a transmission voltage or a turn-on voltage. A memory string may be regarded as a memory cell string distributed along a channel hole structure, as shown in FIG. 1. For the small opening memory cells at the bottom of the channel hole structure, the pass voltage will bring about a high electric field strength and a strong tunnel effect, which will bring about a certain program effect on the memory cells. Especially, the erased memory cells are susceptible to the program effect of the pass voltage due to their low threshold voltage, which will make the erased state E-state distribution wider, for example, 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。 Figure 2B is a distribution diagram of threshold voltages when the voltage distribution of the erased state is expanding. Looking at Figure 2B, the voltage distribution of the E0 state expands toward the P1 state, resulting in a reduction in the E0 margin. Due to the reduction in the E0 margin, there is a possibility that a memory cell in the E state may be read erroneously, which may result in a read disturb and a reduction in the reliability of data storage.
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。 Figure 3 is a schematic diagram of the effect of read disturb on E0 margin. As shown in Figure 3, the horizontal axis represents the number of word lines (WL) of the 3D memory from 0 to 127, indicating that the 3D memory is a 128-layer 3D NAND flash. The 3D memory also has two decks as shown in Figure 1. The vertical axis of Figure 3 represents the width value of the E0 margin, which is the median value of several test results. Looking at Figure 3, the left half 310 of the horizontal axis represents the original state (fresh) of the memory cell that has not been programmed, and the right half 320 represents 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 various read times. Among them, the read time corresponding to curves 311 and 321 is 0, the read time corresponding to curves 312 and 322 is 1000, the read time corresponding to curves 313 and 323 is 3000, and the read time corresponding to curves 314 and 324 is 30000. Obviously, as the read time increases, the E0 margin gradually shrinks. FIG. 3 corresponds to the three-dimensional memory with two decks shown in FIG. 1, where the word line number 0 to 63 belongs to the first deck, the number gradually increases from the bottom surface of the channel hole structure upward, and the word line number 64 to 127 belongs 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。 In the context of Figures 1 and 3, taking the left half 310 as an example, the word line number 0 corresponds to the memory cells at the bottom of the channel hole structure. After several read operations, the size of the E0 margin of the memory cells in the first deck increases with increasing word line number (0-63), and the size of the E0 margin of the memory cells in the second deck also increases with increasing word line number (64-127). Thus, the E0 margin of the memory cells at the bottom of the deck is smallest, e.g., the first range 315 and the second range 316 surrounded by dotted circles in Figure 3, which correspond 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 cells after 300 cycles of programming is somewhat smaller than the E0 margin of the memory cells in their original state without programming. In addition, similar to the left half 310, the E0 margin of the memory cells at the bottom of the first deck and at the bottom of the second deck is relatively small, for example, the third range 317 and the fourth range 318 enclosed by the dotted circle in FIG. 3.
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。
4 is an exemplary flow chart of a control method for a three-dimensional memory according to an embodiment of the present disclosure. The three-dimensional memory includes a plurality of memory strings, each memory string includes a plurality of memory cells having a first portion and a second portion, and a diameter of a channel structure corresponding to the first portion of the memory cell is smaller than a diameter of a channel structure corresponding to the second portion of the memory cell. Looking at FIG. 4, the control method of this embodiment includes:
Step S410: applying pass voltages to unselected memory cells when performing a read operation on a selected memory cell, including applying a first pass voltage to a first unselected memory cell of a first portion and applying a second pass voltage to a second unselected memory cell of a 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 a pass voltage is applied, thereby providing the effect of applying a bus voltage 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。 Figures 5A-5D are schematic implementation diagrams of a control method for a three-dimensional memory cell according to an embodiment of the present disclosure. The control method shown in Figure 4 is described below in conjunction with Figures 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 Figure 5A, a structural diagram of a 128-layer 3D memory with two decks is shown. The 3D memory includes 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, as shown in FIG. 1, the diameter of the channel structure corresponding to the memory cell is the opening of the channel hole structure.
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 relation to Figures 1-5A, the openings of the channel structures 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 parts, nor the number of corresponding gate layers. In the actual implementation of the control method, the range of gate layers in which the first and second parts of the memory cells are located can be set as needed.
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。 This disclosure will be explained using 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 outside 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, we will explain it according to the number of gate layers in which the selected memory cell is located.
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-WL87, and the memory cells located in the other gate layers are unselected memory cells. When a 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 standard voltage that is normally used, for example, Vpass2 = 6.5 to 7 V. The first pass voltage is lower than the standard pass voltage, for example, Vpass = 6 to 6.5 V. The first pass voltage Vpass1 is about 0.5 V 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。 Figure 6 is a schematic diagram of the effect of a control method for a three-dimensional memory according to an embodiment of the present disclosure. Looking at Figure 6, its horizontal axis represents the number of word lines of the three-dimensional memory from 0 to 127, and its vertical axis represents the width of the E0 margin. Figure 6 is an example of the average value of the E0 margin obtained after 30,000 read operation cycles. Curve 610 shows the state where the second pass voltage Vpass2 is applied to all of the unselected cells, and curve 620 shows the state where the first pass voltage Vpass1 is applied to the first unselected memory cell and the second pass voltage Vpass2 is applied to the second unselected memory cell.
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 an 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 provides a greater 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 above-described three-dimensional memory control method, a first pass voltage that is lower than the standard pass voltage is applied to a memory cell having a relatively small diameter channel structure, thereby mitigating read disturb in this portion of the memory cell.
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。
Referring to FIG. 4, in some embodiments, the control method for a three-dimensional memory of the present disclosure further includes:
STEP 420: applying a second pass voltage to second unselected memory cells when a program verify operation is performed on the selected memory cells, and applying the first pass voltage to the first unselected memory cells if the first unselected memory cells are in a programmed state and applying the second pass voltage to the first unselected memory cells if the first unselected memory cells are in an erased state. STEP 420 is described below in conjunction with Figures 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。 Figures 7A-7D are schematic diagrams illustrating an implementation of a method for controlling a three-dimensional memory according to an embodiment of the present disclosure. Figures 7A-7D are examples of four situations, each with a different number of gate layers in which a 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。 ...
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 a page of memory cells located at the same cell depth is programmed through word lines layer by layer in the direction of the memory string channel structure. Referring to FIG. 7A, in this embodiment, the number of word lines increases layer by layer in a first direction D1 that also corresponds to the direction of the memory string channel structure. WL0 corresponds to the bottom surface of the channel structure, and WL127 corresponds to the top surface of the channel structure. WL0 corresponds to the bottom surface of the channel structure of 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 in the same gate layer have the same cell depth, and memory cells at the same cell depth form a page of a three-dimensional memory. In an embodiment such as that shown in Figures 7A-7D, programming begins at the bottom layer WL0 and proceeds upwards, layer by layer.
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 considered as writing data), the memory cells are programmed according to a word line program order or other program rules. For example, the program operation may start with the word lines on the source side of the memory block and continue with the word lines on the drain side of the memory block. In one program rule, as each word line is programmed, the next word line is programmed (i.e., programmed within the page). During a program operation, in the 3D memory, one or more layers are selected as selected layers, a program voltage is applied to the selected layers, and no bit line voltage is applied to the bit lines corresponding to the selected strings, i.e., the bit lines corresponding to the selected strings are considered as the selected strings to be programmed, while the rest of the memory strings are inhibited.
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。
Referring to FIG. 7A, the 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。 The application of the program verify voltage Vverify to the memory cell is equivalent to a read operation, which also results in read disturb for memory cells with relatively small apertures. By following the control method of the above embodiment, the read disturb of the program verify voltage can be reduced during that time.
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。 FIGS. 7A-7D are example embodiments in which the programming operation begins with gate layer WL0 and proceeds layer-by-layer to WL127. In other embodiments, the programming operation may proceed layer-by-layer from gate layer WL127 downward to WL0, and the above method of operation 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。 Figure 8 is a module diagram of a three-dimensional memory according to an embodiment of the present disclosure. The three-dimensional memory of this embodiment can be controlled using the control method of the three-dimensional memory described above in this disclosure, and therefore the three-dimensional memory of this disclosure can be depicted using all of the drawings and embodiments for implementing the invention described above.
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 includes a memory cell array 810 and a controller 820. The memory cell array 810 includes a plurality of memory strings, each of which includes a plurality of memory cells that extend vertically on a substrate and are vertically arranged in series connection. The plurality of memory cells include a first portion and a second portion, and the diameter of the channel structure of the first portion of the memory cell is smaller than the diameter of the channel structure of the second portion of the memory cell. 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, where a first pass voltage Vpass1 is applied to the first unselected memory cell in the first portion, and a second pass voltage Vpass2 is applied to the second unselected memory cell in the second portion, and the first pass voltage Vpass1 is 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。 In some embodiments, the controller 820 is further configured to apply a second pass voltage Vpass2 to the second unselected memory cell when a program verify operation is performed on the selected memory cell, apply a first pass voltage Vpass1 to the first selected memory cell if the first unselected memory cell is in a programmed state, and apply a second pass voltage Vpass2 to the first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in an erased state.
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 implement the functions described above using the control method for the three-dimensional memory of the present disclosure, and therefore the specific functions of the controller 820 of the three-dimensional memory of the present disclosure can be described using the drawings and the description for implementing the invention described above. If the contents are the same, they will not be described 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: Single-Level Cell) that stores one bit of data, a multi-level cell (MLC: Multi-Level Cell) (such as MLC, TLC, and QLC) that can store two or more 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, the memory cells in the memory cell array 810 can be connected to the word lines WL and the bit lines BL. Meanwhile, the memory cell array 810 can also be connected to other selection lines, such as the string selection line SSL and the ground selection line GSL. Specifically, the memory cell array 810 can be connected to the word line decoder 850 through the word lines WL or the selection lines (SSL and/or GSL) and further connected to the voltage generator 860. The memory cell array 810 can be connected to the bit line decoder 830 through the bit lines BL and further connected to the input/output (I/O) circuit 840. The controller 820 is connected to the bit line decoder 830, the I/O circuit 840, the word line decoder 850, and the 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 an erase, program, read-write, or verify operation needs to be performed on one or more memory cells, the controller 820 can send the addresses of the one or more memory cells via the bit lines BL for addressing by the bit line decoder 830 and via the word lines WL for addressing by the word line decoder 850.
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 bit line decoder 830 and word line decoder 850 may be performed by a unified address decoder. The address decoder may further include components such as an address buffer.
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。 On the one hand, the I/O circuit 840 can receive data from the controller 820 and/or the outside and store the received data in the memory cell array 810 for a write operation, and on the other hand, it can read data from the memory cell array 810 and output the read data to the controller 820 and/or the outside for a read operation.
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 generate various voltages to perform erase, program, read-write, and verify operations on the memory cell array 810 upon receiving control signals from the controller 820. In particular, the voltage generator 860 can generate word line voltages, such as program voltages (i.e., write voltages), program inhibit voltages, read voltages, and verify voltages. The voltage generator 860 can generate bit line voltages, such as bit line applied voltages or blocking voltages. In this embodiment of the present disclosure, the voltage generator 860 can generate the pass voltages Vpass (including the first pass voltage Vpass1 and the second pass voltage Vpass2), read voltages Vread, and program verify voltages Vverify, 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。 The controller 820 can output control signals to the bit line decoder 830, the I/O circuit 840, the word line decoder 850, and the voltage generator 860. For example, the controller 820 can output voltage control signals to the voltage generator 860, output word line addresses to the word line decoder 850, output bit line addresses to the bit line decoder 830, output write data to the I/O circuit 840, and receive read data from the I/O circuit 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, the controller 820 controls the bit line decoder 830 to select some bit lines BL and the 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 the voltage generator 860. For example, during a read operation, a read voltage may be applied to the selected word lines WL, and for memory cells that are blocked from being read, 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 lines 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 include components such as a processor, an I/O interface, etc. The control logic of the controller 820 for the bit line decoder 830, the I/O circuitry 840, the word line decoder 850, and the voltage generator 860 is not limited to that described above. The controller 820 may perform other logical control functions for the non-volatile memory as would be understood by one of ordinary skill 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, the controller 820 can indicate, based on software, the memory operations that the 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 disclosure, the memory strings extend vertically on a 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), etc. In some embodiments, the substrate may also be a substrate including other elemental or compound semiconductors such as GaAs, InP, or SiC. The substrate may also be a stack structure such as Si/SiGe. The substrate may further comprise other epitaxial structures such as SiGe on insulator (SGOI). In some embodiments, the substrate may be made of a non-conductive material such as glass, plastic, or a sapphire wafer. The substrate may undergo some necessary processing, such as forming a common active area, performing necessary cleaning, etc.
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。 The stack structure may be disposed on the substrate, and the stack structure may be a stack formed by alternating lamination 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, and the like, and combinations thereof. The first material layer and the second material layer have different etching 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. The deposition methods of the first and second material layers of the stack structure can include chemical vapor deposition (CVD, PECVD, LPCVD, and HDPCVD), atomic layer deposition (ALD), or physical vapor deposition methods such as molecular beam epitaxy (MBE), thermal oxidation, evaporation, sputtering, and various other methods. In this embodiment of the present disclosure, the first material layer can be a gate layer and the second material layer can be an insulating layer. The gate layer can be formed after removal of the dummy gate layer. The material of the gate sacrificial layer can be, for example, a silicon nitride layer. The material of the gate layer can be a conductive material such as metallic tungsten, cobalt, copper, nickel, and can 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, etc.
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, for example, silicon. The first material layer and the second material layer may be, for example, a combination of silicon nitride and silicon oxide. Taking the combination of silicon nitride and silicon oxide as an example, the silicon nitride and silicon oxide can be alternately deposited on the substrate in a continuous manner by chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), or other suitable deposition methods to form a stack structure.
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 representative compositions of the initial semiconductor structure are described herein, it is understood that one or more features may be removed, replaced, or added to such semiconductor structure. For example, various well regions may be formed in the substrate as desired. Also, the exemplary materials for each layer are merely exemplary, and for example, the substrate may be other silicon-containing substrates such as SOI (silicon on insulator), SiGe, Si:C, etc. The gate layer may also be other conductive layers, such as metallic tungsten, cobalt, nickel, etc. The second material may also be other insulating materials, such as aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, etc.
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 a memory cell may be formed in a channel hole that penetrates the stack structure vertically. The channel structure may therefore be cylindrical. The channel structure may comprise a channel layer or a memory layer. In general, the memory layer and the channel layer are arranged in the radial direction of the channel structure from the outside to the inside without interruption. The memory layer may comprise a blocking layer, a charge trapping layer, and a tunnel layer that are deposited in the radial direction of the channel structure from the outside to the inside without interruption. A filling layer may also be arranged in the channel layer. The filling layer may act as a support. The material of the filling layer may be silicon oxide. The filling layer may be solid or hollow, provided that it does not have any effect on the device reliability. The 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 which is coupled to a page of memory cells of the same cell depth, each memory cell being located at a corresponding cell depth in the message string.
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。 Figure 9 is a circuit schematic diagram of a memory block that can be used in this embodiment of the disclosure. A memory cell array 810 as seen in Figure 8 may comprise multiple memory blocks. Looking at Figure 9, MC (memory cell) represents a memory cell, and the cell depth of each memory cell corresponds. For example, the memory cell MC in Figure 9 is located in a gate layer connected to the word line WL8. The memory string STR seamlessly connects multiple memory cells in a direction in which the number of word line layers WL1-WL8 increases gradually. Memory cells with the same cell depth are located in the same page. The controller 820 controls the voltage generator 860 to generate voltages applied to each word line according to the settings, thereby controlling the voltages 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 include a string select transistor SST and a ground select transistor GST, each connected across the continuously 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。 Figure 9 is merely an example and does not limit the actual structure or number of word line layers 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 cell is located below the second portion of the memory cell.
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 of the spread 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 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, where the three-dimensional memory comprises more than two decks, each of which comprises a channel structure having a smaller diameter at the bottom surface and a larger diameter at the top surface.
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 cell of the present disclosure is a 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 disclosed herein, during a read operation, a relatively low first pass voltage is applied to the memory cell having a small open channel structure, thereby effectively reducing read disturbance of this portion of the memory cell, and during the program verify phase, a relatively low first pass voltage is also applied to the memory cell having a small open channel structure, thereby further reducing read disturbance of this portion of the memory cell and increasing 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 present, those skilled in the art should understand that the above embodiments are merely used to illustrate the present disclosure, and that various equivalent modifications and substitutions may be made without departing from the spirit of the present disclosure. Therefore, variations and variants of the above-described embodiments are within the scope of the claims of this application, so long as they fall within the substantial spirit of the present disclosure.
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 (12)
前記第1のデッキまたは前記第2のデッキのうちの少なくとも1つ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、
前記選択メモリセルに対してプログラム検証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、を含む、制御方法。 A method of controlling a three-dimensional memory, the three-dimensional memory comprising a first deck and a second deck stacked in a vertical direction of 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, a diameter of a channel structure corresponding to the first portion of the memory cells being smaller than a diameter of a channel structure corresponding to the second portion of the memory cells, the method comprising:
performing a read operation on selected memory cells in at least one of the first deck or the second deck;
applying pass voltages to unselected memory cells other than the selected memory cell in the first deck and the second deck, the pass voltages comprising a first pass voltage and a second pass voltage, the first pass voltage being lower than the second pass voltage, the first pass voltage being applied to a first unselected memory cell in the first portion, and the second pass voltage being applied to a second unselected memory cell in the second portion;
performing a program verify operation on the selected memory cell;
A control method comprising: applying the pass voltage to unselected memory cells other than the selected memory cell in the first deck and the second deck, wherein the second pass voltage is applied to the second unselected memory cells, the pass voltage applied being determined according to a 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, and if the first unselected memory cells are in an erased state, the second pass voltage is applied to the first unselected memory cells .
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、
前記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、制御信号を前記電圧コントローラに送るように構成され、前記電圧コントローラが、前記制御信号に応答して、前記第2のパス電圧を前記第2の非選択メモリセルに印加し、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、前記第1のパス電圧を前記第1の非選択メモリセルに印加し、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のパス電圧を前記第1の非選択メモリセルに印加する、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, each of the first deck and the second deck comprising a plurality of memory strings, each memory string extending vertically above the substrate and comprising a plurality of memory cells arranged vertically in series connection;
the plurality of memory cells having a first portion and a second portion, the diameter of a channel structure of the first portion of the memory cell being smaller than a diameter of the channel structure of the second portion of the 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, the controller being responsive to the control signal to apply a pass voltage to unselected memory cells, the pass voltage comprising a first pass voltage and a second pass voltage, the first pass voltage being lower than the second pass voltage, the first pass voltage being applied to a first unselected memory cell of the first portion, and the second pass voltage being applied to a second unselected memory cell of the second portion ;
The three dimensional memory, wherein the controller is further configured to send a control signal to the voltage controller when a program verify operation is performed on a selected memory cell, and the voltage controller, in response to the control signal, applies the second pass voltage to the second unselected memory cell, applies the first pass voltage to the first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in a programmed state, and applies the second pass voltage to the first unselected memory cell if the first unselected memory cell is in an erased state .
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