KR20110013700A - Vertical channel type non-volatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 수직채널형 비휘발성 메모리 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a vertical channel type nonvolatile memory device.
비휘발성 메모리 소자는 전원공급이 차단되더라도 저장된 데이터가 그대로 유지되는 메모리 소자이다. 최근 실리콘 기판상에 단층으로 메모리 소자를 제조하는 2차원 구조의 메모리 소자의 집적도 향상이 한계에 도달함에 따라, 실리콘 기판으로부터 수직으로 메모리 셀을 적층하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자가 제안되고 있다.A non-volatile memory device is a memory device in which stored data is retained even if power supply is interrupted. Recently, as the degree of integration of a memory device having a two-dimensional structure in which a memory device is manufactured in a single layer on a silicon substrate has reached a limit, a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure in which memory cells are stacked vertically from a silicon substrate has been proposed. .
이하, 도면을 참조하여 종래기술에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 구조 및 그에 따른 문제점을 상세히 살펴보도록 한다.Hereinafter, a structure and a problem thereof of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure according to the prior art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 및 도 1b는 종래기술에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 구 조를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view illustrating a structure of a vertical channel type nonvolatile memory device according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 수직채널형 비휘발성 메모리 소자는 기판(10)으로부터 돌출된 채널(CH)을 따라 적층된 복수의 메모리 셀(MC)을 포함하는데, 적층된 복수의 메모리 셀(MC)들은 층간절연막(11)에 의해 각각 분리된다. 메모리 셀(MC)은 채널(CH) 및 게이트 전극(12)을 포함하며, 본 도면에는 도시되지 않았으나 게이트 전극(12)과 채널(CH) 사이에 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막이 개재된다.As shown in FIG. 1A, the vertical channel type nonvolatile memory device includes a plurality of memory cells MC stacked along a channel CH protruding from the
복수의 메모리 셀(MC)들은 하부 선택 트랜지스터(LST) 및 상부 선택 트랜지스터(UST) 사이에 직렬로 연결되어 하나의 스트링을 구성하며, 각 채널(CH)은 비트라인(BL)과 연결된다.The plurality of memory cells MC are connected in series between the lower select transistor LST and the upper select transistor UST to form a string, and each channel CH is connected to the bit line BL.
기판(10) 내에는 소스 영역(S)이 구비되는데, 소스 영역(S)은 N타입의 불순물이 도핑되며, 채널(CH) 또한 N타입의 불순물이 도핑된다. 따라서, 메모리 셀(MC)은 공핍 모드(depletion mode)로 동작한다. 또한. 기판(10) 내의 필드 영역에 절연막을 매립하여 형성된 소자분리막(ISO)에 의해 활성 영역이 정의된다.A source region S is provided in the
도 1b에 도시된 바와 같이, 채널(CH)과 연결된 복수의 비트라인(BL)은 페이지 버퍼(PAGE BUFFER)로 연결되며, 복수의 게이트 전극(12)은 X-디코더(X-Decoder)로 연결된다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 기판(10) 내에는 소스 영역(S)이 구비되는데, 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)들이 하나의 소스 영역(S)을 공유한다. As shown in FIG. 1B, the plurality of bit lines BL connected to the channel CH are connected to the page buffer, and the plurality of
그러나, 전술한 바와 같은 수직 채널형 비휘발성 메모리 소자의 구조에 따르 면, 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)들이 하나의 소스 영역(S)을 공유하기 때문에 소정 동작을 수행하기 위해 선택된 메모리 블록(MB_0)과 선택되지 않은 메모리 블록(MB_1~MB_N)이 동일한 조건을 갖게 된다. 따라서, 하부 선택 트랜지스터(LST)의 오프 전류(off current)를 제어하는데 어려움이 있다.However, according to the structure of the vertical channel type nonvolatile memory device as described above, since the plurality of memory blocks MB_0 to MB_N share one source region S, the memory block selected to perform a predetermined operation ( MB_0) and the unselected memory blocks MB_1 to MB_N have the same condition. Therefore, it is difficult to control the off current of the lower select transistor LST.
첫째, 리드 동작시의 문제점을 살펴보면 다음과 같다.First, the problems in the read operation are as follows.
비휘발성 메모리 소자는 페이지 단위로 리드 동작을 수행하며, 데이터 "1"이 저장된(소거된) 메모리 셀(MC)과 데이터 "0"이 저장된(프로그램된) 메모리 셀(MC) 간의 문턱 전압 차이를 이용하여 메모리 셀(MC)에 저장된 데이터를 리드한다.The nonvolatile memory device performs a read operation in units of pages, and determines a threshold voltage difference between the memory cell MC in which data "1" is stored (erased) and the memory cell MC in which data "0" is stored (programmed). Data stored in the memory cell MC is read.
즉, 리드하고자하는 메모리 셀(MC)이 연결된 워드라인(WL)에 리드 전압을 인가하여, 데이터 "1"이 저장된 메모리 셀(MC)은 턴온시키고, 데이터 "0"이 저장된 메모리 셀(MC)은 턴오프시킨다. 또한, 그 외의 워드라인(WL)에는 턴온 전압을 인가하여 저장된 데이터 값에 관계없이 메모리 셀(MC)들을 전부 턴온시킨다.That is, by applying a read voltage to the word line WL to which the memory cell MC to be read is connected, the memory cell MC storing the data “1” is turned on and the memory cell MC storing the data “0” is turned on. Turn off. In addition, the turn-on voltage is applied to the other word lines WL to turn on all the memory cells MC regardless of the stored data values.
이때, 비트라인(BL)에 '하이' 레벨의 전압을 인가하고, 하부 선택 트랜지스터(LST)를 턴온시켜 비트라인의 전위가 '하이' 레벨을 유지하는지를 감지한다. 비트라인(BL)이 '하이' 레벨의 전위를 유지하는 경우에는 해당 메모리 셀(MC)에 "0"이 저장되었음 즉, 프로그램된 메모리 셀(MC)임을 알 수 있다. 또한, 비트라인(BL)의 전위가 '로우' 레벨로 변동되는 경우에는 해당 메모리 셀에 "1"이 저장되었음 즉, 소거된 메모리 셀(MC)임을 알 수 있다.In this case, the voltage of the 'high' level is applied to the bit line BL, and the lower select transistor LST is turned on to detect whether the potential of the bit line is maintained at the 'high' level. When the bit line BL maintains the potential of the 'high' level, it can be seen that "0" is stored in the corresponding memory cell MC, that is, the programmed memory cell MC. In addition, when the potential of the bit line BL is changed to the 'low' level, it can be seen that "1" is stored in the corresponding memory cell, that is, the erased memory cell MC.
그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)들이 동일한 소스 영역(S)을 공유하는 경우, 메모리 블록(MB_0)에 대한 리드 동작 수행시, 리드 동작을 수행하지 않는 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)들에 연결된 소스 영역(S)이 저항 성분으로 작용하게 된다. 즉, 소스 영역(S)에 따른 저항값이 크기 때문에, 리드하고자하는 메모리 셀(MC)에 "1"이 저장되어 있더라도 전류가 흐르지 않게 된다. 즉, 비트라인(BL)의 전위가 '하이'레벨을 유지하게 되며, "0"이 저장된 것으로 잘못 리드하는 오류가 발생하게 된다.However, as described above, when the plurality of memory blocks MB_0 to MB_N share the same source area S, when the read operation is performed on the memory block MB_0, the remaining memory block that does not perform the read operation ( The source region S connected to the MB_1 to MB_N serves as a resistance component. That is, since the resistance value according to the source region S is large, the current does not flow even when "1" is stored in the memory cell MC to be read. That is, the potential of the bit line BL maintains the 'high' level, and an error in which "0" is stored incorrectly leads to an error.
둘째, 소거 동작시의 문제점을 살펴보면 다음과 같다.Second, the problem in the erase operation is as follows.
수직채널형 비휘발성 메모리 소자는 일반적으로 공핍 모드(depletion mode)로 동작된다. 즉, N타입의 불순물이 도핑된 소스 영역(S) 및 채널(CH)을 포함하며, 하부 선택 트랜지스터(LST)에서의 GIDL 효과에 의해 형성된 핫 홀(hot hole)을 이용하여 소거 동작을 수행한다. Vertical channel type nonvolatile memory devices are generally operated in a depletion mode. That is, the semiconductor device includes a source region S and a channel CH doped with N-type impurities, and performs an erase operation by using a hot hole formed by the GIDL effect in the lower selection transistor LST. .
이때, 하부 선택 트랜지스터(LST)의 게이트 전극과 소스 영역(S) 간의 전압 차이에 의하여 핫 홀(hot hole)이 형성된다. 또한, 형성된 핫 홀(hot hole)들이 채널(CH)을 따라 이동한 후, 각 메모리 셀의 전하포획막으로 주입되어 소거 동작을 수행하게 된다.At this time, a hot hole is formed by a voltage difference between the gate electrode and the source region S of the lower selection transistor LST. In addition, the formed hot holes move along the channel CH, and then are injected into the charge trap layers of each memory cell to perform an erase operation.
그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)이 동일한 소스 영역(S)을 공유하는 경우, 메모리 블록(MB_0)에 대한 소거 동작 수행시, 소거 동작을 수행하지 않는 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)들에 연결된 소스 영역(S)이 저항 성분으로 작용하게 된다. 따라서, 저항 성분에 의해 소스 영역(S)이 인가되는 소거 전압의 전위가 낮아지게 되며, 그에 따라, 메모리 소자의 소거 속도가 저하되는 문제점이 발생된다.However, as described above, when the plurality of memory blocks MB_0 to MB_N share the same source area S, when the erase operation is performed on the memory block MB_0, the remaining memory block that does not perform the erase operation ( The source region S connected to the MB_1 to MB_N serves as a resistance component. Therefore, the potential of the erase voltage to which the source region S is applied by the resistance component is lowered, thereby causing a problem that the erase speed of the memory element is lowered.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 메모리 블록별로 소스 영역을 각각 구비하고, 각각의 소스 영역을 개별적으로 제어할 수 있는 비휘발성 메모리 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having a source region for each memory block, and capable of individually controlling each source region.
상기 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명은 비휘발성 메모리 소자에 있어서, 기판 내에 형성되고, 하나의 메모리 블록을 구성하는 복수의 스트링과 병렬로 연결된 소스 영역; 및 상기 소스 영역을 제어하기 위한 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a nonvolatile memory device, comprising: a source region formed in a substrate and connected in parallel with a plurality of strings constituting one memory block; And a switch for controlling the source region.
본 발명에 따른 비휘발성 메모리소자는 복수의 메모리 블록에 대하여 각각 소스 영역을 구비하거나, 소정 갯수의 메모리 블록마다 소스 영역을 각각 구비한다. 또한, 메모리 블록에 따라 형성된 소스 영역을 각각 제어하기 위한 스위치를 포함한다.The nonvolatile memory device according to the present invention includes a source region for each of a plurality of memory blocks, or a source region for each predetermined number of memory blocks. In addition, a switch for controlling the source region formed in accordance with the memory block, respectively.
이와 같은 본 발명에 따르면, 소정 동작을 수행하고자하는 메모리 블록의 소스 영역만을 별도로 제어할 수 있으므로, 하부 선택 트랜지스터의 오프 전류를 용이하게 제어할 수 있다. 특히, 리드 동작시의 오류를 방지하고, 소거 동작의 속도 를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since only the source region of the memory block to perform a predetermined operation can be separately controlled, the off current of the lower selection transistor can be easily controlled. In particular, it is possible to prevent an error during read operation and to improve the speed of the erase operation.
이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.In the following, the most preferred embodiment of the present invention is described. In the drawings, thickness and spacing are expressed for convenience of description and may be exaggerated compared to actual physical thickness. In describing the present invention, well-known structures irrelevant to the gist of the present invention may be omitted. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components as much as possible, even if displayed on different drawings.
도 2a는 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view for explaining the structure of the vertical channel type nonvolatile memory device according to the first embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자는 기판(20)으로부터 돌출된 채널(CH)을 따라 적층된 복수의 메모리 셀(MC)을 포함하는데, 적층된 복수의 메모리 셀(MC)들은 층간절연막(21)에 의해 각각 분리된다. 메모리 셀(MC)은 채널(CH) 및 게이트 전극(22)을 포함하며, 본 도면에는 도시되지 않았으나 게이트 전극(22)과 채널(CH) 사이에 전하차단막, 전하트랩막 및 터널절연막이 개재된다.As shown in FIG. 2A, the vertical channel type nonvolatile memory device according to the first exemplary embodiment includes a plurality of memory cells MC stacked along a channel CH protruding from the
복수의 메모리 셀(MC)들은 하부 선택 트랜지스터(LST) 및 상부 선택 트랜지스터(UST) 사이에 직렬로 연결되어 하나의 스트링을 구성하며, 각 채널(CH)은 비트 라인(BL)과 연결된다.The plurality of memory cells MC are connected in series between the lower select transistor LST and the upper select transistor UST to form one string, and each channel CH is connected to the bit line BL.
기판(20) 내의 필드 영역에 절연막을 매립하여 형성된 소자분리막(ISO)에 의해 활성 영역이 정의된다.An active region is defined by an isolation layer ISO formed by filling an insulating film in a field region in the
또한, 기판(20) 내에는 소스 영역(S)이 포함되는데, 소스 영역(S)은 하나의 메모리 블록(MB)을 구성하는 복수의 스트링(ST)과 병렬로 연결된다. 여기서, 소스 영역(S)은 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)들에 대하여 각각 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 메모리 블록(MB)마다 소스 영역(S)을 개별적으로 구비하는 것이 바람직하다. In addition, a source region S is included in the
또는, 소정 갯수의 메모리 블록(MB)마다 소스 영역(S)을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 2개의 메모리 블록(MB)이 하나의 소스 영역(S)을 공유하도록 할 수 있다. 본 도면에서는 일 실시예로서, 메모리 블록(MB)마다 각각 소스 영역(S)을 구비하는 경우에 대해 도시하고 있다.Alternatively, the source area S may be provided for each predetermined number of memory blocks MB. For example, two memory blocks MB may share one source region S. FIG. In the drawing, as an example, a case in which a source region S is provided for each memory block MB is illustrated.
또한, 비휘발성 메모리 소자는 복수의 소스 영역(S_0~S_N)을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_0~SW_N)를 구비하는데, 스위치(SW)는 소스 영역(S)으로 인가되는 입력 전압(V_INPUT)을 제어하기 위한 트랜지스터인 것이 바람직하며, 특히 고전압 트랜지스터인 것이 더욱 바람직하다. In addition, the nonvolatile memory device includes a plurality of switches SW_0 to SW_N for controlling the plurality of source regions S_0 to S_N, respectively, and the switch SW is an input voltage V_INPUT applied to the source region S. FIG. It is preferable that it is a transistor for controlling), and it is more preferable that it is a high voltage transistor especially.
본 도면에서는 스위치(SW)의 일 예로서 트랜지스터를 도시한다. 트랜지스터는 기판(20) 상에 형성된 게이트 절연막(23) 및 게이트 전극(24)을 포함하며, 게이트 전극(24)의 양쪽의 기판(20) 내에는 트랜지스터의 동작을 위한 소스/드레인 영역(25)이 구비된다. 또한, 트랜지스터의 소스 영역(25)으로 연결되는 금속 배 선(26) 및 트랜지스터의 드레인 영역(25)과 메모리 블록(MB)의 소스 영역(S)을 연결시키는 금속 배선(27)이 구비된다. In the figure, a transistor is shown as an example of the switch SW. The transistor includes a
전압(V_INPUT)은 금속 배선(26)을 통해 전달되며, 트랜지스터의 턴온/턴오프에 따라 금속 배선(27)을 통해 소스 영역(S)으로 전달된다. 즉, 메모리 블록(MB)이 선택되면 해당 메모리 블록(MB)의 스위치인 트랜지스터가 턴온되어 소스 영역(S)으로 입력 전압(V_INPUT)을 전달하고, 메모리 블록(MB)이 선택되지 않으면 해당 트랜지스터가 턴오프되어 소스 영역(S)으로 입력 전압(V_INPUT)을 전달하지 않는다.The voltage V_INPUT is transmitted through the
도 2b에 도시된 바와 같이, 채널(CH)과 연결된 복수의 비트라인(BL)은 페이지 버퍼(PAGE BUFFER)로 연결되며, 복수의 게이트 전극(22)은 X-디코더(X-Decoder)에 연결된다. As shown in FIG. 2B, the plurality of bit lines BL connected to the channel CH are connected to the page buffer, and the plurality of
또한, 복수의 소스 영역(S_0~S_N)들을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_0~SW_N)가 구비된다. 복수의 스위치(SW_0~SW_N)들은 복수의 소스 영역(S_0~S_N)들과 각각 연결되어 해당 메모리 블록(MB)의 동작에 따라 소스 영역(S)으로 인가되는 입력 전압을 제어한다. 본 도면에서는 복수의 스위치(SW_0~SW_N)가 X-디코더 내에 구비되는 경우에 대해 도시하고 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며 스위치(SW)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, a plurality of switches SW_0 to SW_N for controlling the plurality of source regions S_0 to S_N are provided. The switches SW_0 to SW_N are connected to the plurality of source regions S_0 to S_N, respectively, to control input voltages applied to the source region S according to the operation of the memory block MB. In the drawing, a plurality of switches SW_0 to SW_N are illustrated in the X-decoder, but this is only an example and the position of the switch SW is not limited thereto.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)에 대하여 각각 소스 영역(S)을 구비하거나, 소정 갯수의 메모리 블록(MB)마다 각각 소스 영역(S)을 구비한다. 또한, 복수의 소스 영역(S_0~S_N)을 각각 제어하기 위한 복수 의 스위치(SW_0~SW_N)를 구비한다.According to the present invention as described above, each of the plurality of memory blocks (MB_0 ~ MB_N) is provided with a source area (S), or each predetermined number of memory blocks (MB) each has a source area (S). In addition, a plurality of switches SW_0 to SW_N for controlling the plurality of source regions S_0 to S_N, respectively.
따라서, 리드 동작 또는 소거 동작을 수행하기 위한 메모리 블록(MB)이 선택되면, 스위치(SW_0~SW_N)를 통해 해당 동작을 수행하고자하는 메모리 블록(MB)의 소스 영역(S)만을 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서, 소정 동작을 수행하기 위해 선택된 메모리 블록(MB)과 선택되지 않은 메모리 블록(MB)이 각기 다른 조건을 갖게 되며, 이를 통해, 하부 선택 트랜지스터(LST)의 오프 전류를 용이하게 제어할 수 있다.Therefore, when the memory block MB for performing the read operation or the erase operation is selected, only the source region S of the memory block MB to perform the corresponding operation may be individually controlled through the switches SW_0 to SW_N. Can be. Accordingly, the selected memory block MB and the unselected memory block MB have different conditions to perform a predetermined operation, and thus, the off current of the lower selection transistor LST can be easily controlled. .
첫째, 리드 동작을 살펴보면 다음과 같다.First, the read operation is as follows.
리드하고자하는 메모리 셀(MC)이 메모리 블록(MB_0)에 포함되는 경우, 메모리 블록(MB_0)의 선택 신호(SELECT_0)를 활성화하여 스위치(SW_0) 예를 들어, 트랜지스터를 턴온시킨다. 이를 통해, 메모리 블록(MB_0)의 소스 영역(S0)으로 입력 전압(V_INPUT)이 전달된다. 여기서, 입력 전압(V_INPUT)은 접지 전압인 것이 바람직하다.When the memory cell MC to be read is included in the memory block MB_0, the select signal SELECT_0 of the memory block MB_0 is activated to turn on the switch SW_0, for example, a transistor. As a result, the input voltage V_INPUT is transferred to the source region S0 of the memory block MB_0. Here, the input voltage V_INPUT is preferably a ground voltage.
이때, 선택된 메모리 블록(MB_0)을 제외한 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)에 대한 선택 신호(SELECT_1~SELECT_N)는 모두 비활성화시켜 해당 스위치(SW1~SW_N) 예를 들어, 트랜지스터를 턴오프시킨다. 이를 통해, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)의 소스 영역(S_1~S_N)으로 입력 전압(V_INPUT)이 전달되는 것을 차단한다. At this time, the select signals SELECT_1 to SELECT_N for the remaining memory blocks MB_1 to MB_N except for the selected memory block MB_0 are inactivated to turn off the corresponding switches SW1 to SW_N, for example, a transistor. As a result, the input voltage V_INPUT is blocked from being transferred to the source areas S_1 to S_N of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N.
이와 같은 본 발명에 따르면, 선택된 메모리 블록(MB_0)에 대한 리드 동작 수행시, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)들의 소스 영역(S_1~S_N)이 저항 성분으로 작용하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 리드 동작 수행시 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the read operation is performed on the selected memory block MB_0, the source regions S_1 to S_N of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N may be prevented from acting as a resistance component. In this case, an error may be prevented when the read operation is performed.
둘째, 소거 동작을 살펴보면 다음과 같다.Second, the erase operation is as follows.
소거 동작을 수행하고자하는 메모리 블록(MB_0)이 선택되면, 메모리 블록(MB_0)의 선택 신호(SELECT_0)를 활성화하여 스위치(SW_0) 예를 들어, 트랜지스터를 턴온시킨다. 이를 통해, 메모리 블록(MB_0)의 소스 영역(S0)으로 입력 전압(V_INPUT)을 전달한다. 여기서, 입력 전압(V_INPUT)은 8 내지 20V인 것이 바람직하다.When the memory block MB_0 to be erased is selected, the selection signal SELECT_0 of the memory block MB_0 is activated to turn on the switch SW_0, for example, a transistor. As a result, the input voltage V_INPUT is transferred to the source region S0 of the memory block MB_0. Here, the input voltage V_INPUT is preferably 8 to 20V.
이때, 메모리 블록(MB_0)을 제외한 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)에 대한 선택 신호(SELECT_1~SELECT_N)는 모두 비활성화시켜 해당 스위치(SW1~SW_N) 예를 들어, 트랜지스터를 턴오프시킨다. 이를 통해, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)의 소스 영역(S_1~S_N)으로 입력 전압(V_INPUT)이 전달되는 것을 차단한다. At this time, the select signals SELECT_1 to SELECT_N for the remaining memory blocks MB_1 to MB_N except for the memory block MB_0 are inactivated to turn off the corresponding switches SW1 to SW_N, for example, a transistor. As a result, the input voltage V_INPUT is blocked from being transferred to the source areas S_1 to S_N of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N.
이와 같은 본 발명에 따르면, 선택된 메모리 블록(MB_0)에 대한 소거 동작 수행시, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)들의 소스 영역(S_1~S_N)이 저항 성분으로 작용하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 소스 영역(S_0)에 인가되는 입력 전압(V_INPUT)의 전위가 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 소거 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the erase operation is performed on the selected memory block MB_0, the source regions S_1 to S_N of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N may be prevented from acting as a resistance component. The potential of the input voltage V_INPUT applied to the source region S_0 can be prevented from being lowered. That is, the erasing speed can be prevented from decreasing.
특히, 본 발명의 수직채널형 비휘발성 메모리 소자는 공핍 모드(depmetion mode) 뿐만 아니라 인핸스먼트 모드(enhancement mode)로 동작하는 것 또한 가능하다. 일 예로, 공핍 모드로 동작되는 경우, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)들의 소 스 영역(S_1~S_N)으로 인한 입력 전압(V_INPUT)의 강하를 방지할 수 있으므로, 핫 홀(hot hole)을 생성을 증가시켜 소거 속도를 향상시킬 수 있다. 다른 예로, 인핸스먼트 모드로 동작되는 경우, 하부 선택 트랜지스터(LST)를 플로팅시키고 입력 전압(V_INPUT)을 채널(CH)로 전달시켜 소거 동작을 수행하는데, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)들의 소스 영역(S_1~S_N)으로 인한 입력 전압(V_INPUT)의 강하를 방지할 수 있으므로 소거 속도를 향상시킬 수 있다.In particular, the vertical channel type nonvolatile memory device of the present invention can operate in an enhancement mode as well as a depletion mode. For example, when operating in the depletion mode, since the drop of the input voltage V_INPUT due to the source areas S_1 to S_N of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N can be prevented, a hot hole is generated. Can be increased to improve the erase speed. As another example, when operating in the enhancement mode, the lower select transistor LST is floated and the input voltage V_INPUT is transferred to the channel CH to perform an erase operation. The source regions of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N are performed. Since the drop of the input voltage V_INPUT due to (S_1 to S_N) can be prevented, the erase speed can be improved.
도 3a는 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 구조를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다. 단, 앞서 제1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하도록 한다. 3A and 3B are cross-sectional views and a plan view illustrating a structure of a vertical channel type nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention. However, the content duplicated with the content described in the first embodiment will be omitted.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자는 기판(30)으로부터 돌출된 채널(CH)을 따라 적층된 복수의 메모리 셀(MC)을 포함한다. 복수의 메모리 셀(MC)들은 하부 선택 트랜지스터(LST) 및 상부 선택 트랜지스터(UST) 사이에 직렬로 연결되어 하나의 스트링을 구성한다.As shown in FIG. 3A, the vertical channel type nonvolatile memory device according to the second exemplary embodiment includes a plurality of memory cells MC stacked along a channel CH protruding from the
또한, 기판(10) 내에는 웰 영역(WELL)이 구비되며, 웰 영역(WELL) 내에 소스 영역(S)이 구비된다. 이와 같이, 소스 영역(S)을 둘러싸는 웰 영역(WELL)을 구비함으로써, 소스 영역(S)에 높은 레벨의 전압이 인가되더라도 소스 영역(S)에서 기판(20)으로 리키지가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 그에 따라, 소스 영역(S)에 인가된 입력 전압(V_INPUT)이 강하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, a well region WELL is provided in the
여기서, 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)은 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)들 에 대하여 각각 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 메모리 블록(MB)마다 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)을 개별적으로 구비하는 것이 바람직하다. The well region WELL and the source region S may be formed with respect to the plurality of memory blocks MB_0 to MB_N, respectively. That is, it is preferable that the well region WELL and the source region S are separately provided for each memory block MB.
또는, 소정 갯수의 메모리 블록(MB)마다 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 2개의 메모리 블록(MB)마다 하나의 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)을 공유하도록 할 수 있다. 본 도면에서는 일 실시예로서, 메모리 블록(MB)마다 각각 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)을 구비하는 경우에 대해 도시하고 있다.Alternatively, the well region WELL and the source region S may be provided for each predetermined number of memory blocks MB. For example, one well region WELL and a source region S may be shared for every two memory blocks MB. In the drawing, as an example, a case in which a well region WELL and a source region S is provided for each memory block MB is illustrated.
또한, 비휘발성 메모리 소자는 복수의 웰 영역(WELL_0~WELL_N)을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_W_0~SW_W_N)를 구비하며, 복수의 소스 영역(S_0~S_N)을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_S_0~SW_S_N)를 구비한다. In addition, the nonvolatile memory device includes a plurality of switches SW_W_0 to SW_W_N for controlling the plurality of well regions WELL_0 to WELL_N, respectively, and a plurality of switches for controlling the plurality of source regions S_0 to S_N, respectively. (SW_S_0 to SW_S_N).
본 도면에서는 스위치(SW_S,SW_W)의 일 예로서 트랜지스터를 도시하고 있는데, 트랜지스터는 기판(20) 상에 형성된 게이트 절연막(23,28) 및 게이트 전극(24,29)을 포함하며, 게이트 전극(24,29)의 양쪽의 기판(20) 내에는 트랜지스터의 동작을 위한 소스/드레인 영역(25,30)이 구비된다. 또한, 트랜지스터의 소스 영역(25,30)으로 연결되는 금속 배선(26,31) 및 트랜지스터의 드레인(25,30) 영역과 메모리 블록(MB)의 소스 영역(S)을 연결시키는 금속 배선(27,32)이 구비된다. In the drawing, a transistor is shown as an example of the switches SW_S and SW_W. The transistor includes
도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자는 복수의 웰 영역(WELL_0~WELL_N)들을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_W_0~SW_W_N)를 구비한다. 복수의 스위치(SW_W_0~SW_W_N)들은 복수의 웰 영역(W_0~W_N)들과 각각 연결되어 해당 메모리 블록(MB)의 동작에 따라 웰 영역(WELL)을 제어한다. As shown in FIG. 3B, the vertical channel type nonvolatile memory device according to the second exemplary embodiment includes a plurality of switches SW_W_0 to SW_W_N for controlling the plurality of well regions WELL_0 to WELL_N, respectively. . The switches SW_W_0 to SW_W_N are connected to the plurality of well regions W_0 to W_N, respectively, to control the well region WELL according to the operation of the memory block MB.
또한, 복수의 소스 영역(S_0~S_N)들을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_W_0~SW_W_N)를 구비한다. 복수의 스위치(SW_0~SW_N)들은 복수의 소스 영역(S_0~S_N)들과 각각 연결되어 해당 메모리 블록(MB)의 동작에 따라 소스 영역(S)을 제어한다. In addition, a plurality of switches SW_W_0 to SW_W_N for controlling the plurality of source regions S_0 to S_N, respectively. The switches SW_0 to SW_N are connected to the plurality of source regions S_0 to S_N, respectively, to control the source region S according to the operation of the memory block MB.
본 도면에서는 복수의 스위치(SW_W,SW_S)가 X-디코더 내에 구비되는 경우에 대해 도시하고 있으나, 일 실시예에 불과하며 스위치(SW_W,SW_S)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.In the drawing, although the plurality of switches SW_W and SW_S are provided in the X-decoder, only one embodiment is provided, and the positions of the switches SW_W and SW_S are not limited thereto.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)에 대하여 각각 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)을 구비하거나, 소정 갯수의 메모리 블록(MB)마다 각각 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)을 구비한다. 또한, 복수의 웰 영역(W_0~W_N)을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_W_0~SW_W_N)를 구비하며, 복수의 소스 영역(S_0~S_N)을 각각 제어하기 위한 복수의 스위치(SW_S_0~SW_S_N)를 구비한다.According to the present invention as described above, each of the plurality of memory blocks MB_0 to MB_N has a well region WELL and a source region S, or each well region WELL for each predetermined number of memory blocks MB. ) And a source region (S). Also, a plurality of switches SW_W_0 to SW_W_N for controlling the plurality of well regions W_0 to W_N, respectively, and a plurality of switches SW_S_0 to SW_S_N for controlling the plurality of source regions S_0 to S_N, respectively. It is provided.
따라서, 리드 동작 또는 소거 동작을 수행하기 위한 메모리 블록(MB)이 선택되면, 스위치(SW_W,SW_S)를 통해 해당 동작을 수행하고자하는 메모리 블록(MB)의 웰 영역(WELL) 및 소스 영역(S)만을 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서, 소정 동작을 수행하기 위해 선택된 메모리 블록(MB)과 선택되지 않은 메모리 블록(MB)이 각기 다른 조건을 갖게 되며, 이를 통해, 하부 선택 트랜지스터(LST)의 오프 전류를 용이하게 제어할 수 있다. Therefore, when the memory block MB for performing the read operation or the erase operation is selected, the well region WELL and the source region S of the memory block MB to perform the corresponding operation through the switches SW_W and SW_S. ) Can be controlled individually. Accordingly, the selected memory block MB and the unselected memory block MB have different conditions to perform a predetermined operation, and thus, the off current of the lower selection transistor LST can be easily controlled. .
특히, 복수의 메모리 블록(MB_0~MB_N)에 대하여 각각 웰 영역(WELL)을 형성하므로, 웰 영역(WELL) 연결을 위한 별도의 콘택을 형성할 필요가 없다. 따라서, 콘택 면적 감소를 통해 메모리 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 콘택과 인접한 메모리 셀을 더미 셀로 이용할 필요가 없다.In particular, since the well region WELL is formed for each of the plurality of memory blocks MB_0 to MB_N, it is not necessary to form a separate contact for connecting the well region WELL. Therefore, the degree of integration of the memory device may be improved by reducing the contact area. In addition, there is no need to use a memory cell adjacent to the contact as a dummy cell.
첫째, 리드 동작을 살펴보면 다음과 같다.First, the read operation is as follows.
리드하고자하는 메모리 셀(MC)이 메모리 블록(MB_0)에 포함되는 경우, 메모리 블록(MB_0)의 웰 영역 선택 신호(SELECT_W_0)를 활성화하여 스위치(SW_W_0) 예를 들어, 트랜지스터를 턴온시킨다. 이를 통해, 메모리 블록(MB_0)의 웰 영역(W0)으로 입력 전압(V_INPUT_W)이 인가된다. 여기서, 입력 전압(V_INPUT_W)은 접지 전압인 것이 바람직하다.When the memory cell MC to be read is included in the memory block MB_0, the well region selection signal SELECT_W_0 of the memory block MB_0 is activated to turn on the switch SW_W_0, for example, a transistor. As a result, the input voltage V_INPUT_W is applied to the well region W0 of the memory block MB_0. Here, the input voltage V_INPUT_W is preferably a ground voltage.
이때, 선택된 메모리 블록(MB_0)을 제외한 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)에 대한 선택 신호(SELECT_W_1~SELECT_W_N)는 모두 비활성화시켜 해당 스위치(SW_W_1~SW_W_N) 예를 들어, 트랜지스터를 턴오프시킨다. 이를 통해, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)의 웰 영역(W_1~W_N)으로 입력 전압(V_INPUT_W)이 인가되는 것을 차단한다. At this time, the select signals SELECT_W_1 to SELECT_W_N for the remaining memory blocks MB_1 to MB_N except for the selected memory block MB_0 are inactivated to turn off the corresponding switches SW_W_1 to SW_W_N, for example, transistors. As a result, the input voltage V_INPUT_W is blocked from being applied to the well areas W_1 to W_N of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N.
따라서, 선택된 메모리 블록(MB_0)에 대한 리드 동작 수행시, 선택된 메모리 블록(MB_0)의 웰 영역(W_0_)에 대해서만 입력 전압(V_INPUT_W)을 인가할 수 있다. 또한, 웰 영역(W_0)에 입력 전압(V-IVPUT_W)을 인가함으로써 소스 영역(S_0)에서 웰 영역(W_0)으로 리키지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.Therefore, when the read operation is performed on the selected memory block MB_0, the input voltage V_INPUT_W may be applied only to the well region W_0_ of the selected memory block MB_0. In addition, by applying the input voltage V-IVPUT_W to the well region W_0, it is possible to suppress the generation of the leakage from the source region S_0 to the well region W_0.
둘째, 소거 동작을 살펴보면 다음과 같다.Second, the erase operation is as follows.
소거 동작을 수행하고자하는 메모리 블록(MB_0)이 선택되면, 메모리 블록의 웰 선택 신호(SELECT_W_0)를 활성화하여 스위치(SW_W_0) 예를 들어, 트랜지스터를 턴온시킨다. 이를 통해, 메모리 블록(MB_0)의 웰 영역(WELL_0)으로 웰 입력 전압(V_INPUT_W)을 전달한다. 여기서, 웰 입력 전압(V_INPUT_W)은 8 내지 20V인 것이 바람직하다.When the memory block MB_0 to be erased is selected, the well selection signal SELECT_W_0 of the memory block is activated to turn on the switch SW_W_0, for example, a transistor. As a result, the well input voltage V_INPUT_W is transferred to the well region WELL_0 of the memory block MB_0. Here, the well input voltage V_INPUT_W is preferably 8 to 20V.
이때, 선택된 메모리 블록(MB_0)을 제외한 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)에 대한 웰 선택 신호(SELECT_W_1~SELECT_W_N)는 모두 비활성화시켜 해당 스위치(SW_W_1~SW_W_N) 예를 들어, 트랜지스터를 턴오프시킨다. 이를 통해, 나머지 메모리 블록(MB_1~MB_N)의 웰 영역(WELL_1~WELL_N)으로 웰 입력 전압(V_INPUT_W)이 전달되는 것을 차단한다.In this case, all of the well select signals SELECT_W_1 to SELECT_W_N for the remaining memory blocks MB_1 to MB_N except for the selected memory block MB_0 are inactivated to turn off the corresponding switches SW_W_1 to SW_W_N, for example, the transistor. As a result, the well input voltage V_INPUT_W is blocked from being transferred to the well regions WELL_1 to WELL_N of the remaining memory blocks MB_1 to MB_N.
이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 복수의 웰 영역(WELL_0~WELL_N)들을 각각 제어하는 것뿐만 아니라, 웰 영역(WELL_0~WELL_N)과 소스 영역(S_0~S_N)을 함께 제어하는 것도 가능하다. According to the second embodiment of the present invention, not only the plurality of well regions WELL_0 to WELL_N are controlled, but also the well regions WELL_0 to WELL_N and the source regions S_0 to S_N can be controlled together. Do.
예를 들어, 리드 동작 또는 소거 동작 수행시, 해당 동작을 수행하고자하는 메모리 블록(MB_0)의 웰 영역(WELL_0) 및 소스 영역(S_0)에만 입력 전압(V_INPUT_W,V_INPUT_S)을 인가함으로써, 입력 전압(V_INPUT_W,V_INPUT_S)의 강하를 방지하여 효율적으로 동작을 수행할 수 있다. 특히, 소스 영역(S_0)과 웰 영 역(WELL_0)에 동일한 레벨의 입력 전압(V_INPUT_W,V_INPUT_S)을 인가하여 소스 영역(S_0)으로부터 기판(20)으로 리키지를 방지할 수 있으며, 이를 통해, 보다 안정적으로 동작을 수행할 수 있다.For example, when the read operation or the erase operation is performed, the input voltages V_INPUT_W and V_INPUT_S are applied only to the well region WELL_0 and the source region S_0 of the memory block MB_0 to perform the operation. V_INPUT_W, V_INPUT_S) can be prevented from falling to perform the operation efficiently. In particular, by applying input voltages V_INPUT_W and V_INPUT_S having the same level to the source region S_0 and the well region WELL_0, it is possible to prevent leakage from the source region S_0 to the
물론, 리드 동작 또는 소거 동작을 수행함에 있어서, 해당 동작을 수행하고자하는 메모리 블록(MB_0)의 소스 영역의 스위치(SW_S_0)는 턴오프시켜 소스 영역(S_0)에는 입력 전압(V_INPUT_S)이 인가되는 것을 차단하고, 웰 영역의 스위치(SW_W_0)는 턴온시켜 웰 영역(WELL_0)에만 입력 전압(V_INPUT_W)을 인가하는 것 또한 가능하다.Of course, in performing the read operation or the erase operation, the switch SW_S_0 of the source region of the memory block MB_0 to perform the operation is turned off so that the input voltage V_INPUT_S is applied to the source region S_0. It is also possible to cut off and apply the input voltage V_INPUT_W only to the well region WELL_0 by turning on the switch SW_W_0 of the well region.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been specifically recorded in accordance with the above-described preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 구조 및 문제점을 설명하기 위한 도면.1A and 1B illustrate a structure and a problem of a vertical channel type nonvolatile memory device according to the related art.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면.2A and 2B are views for explaining the structure and operation of a vertical channel type nonvolatile memory device according to a first embodiment of the present invention;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직채널형 비휘발성 메모리 소자의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면.3A and 3B are views for explaining the structure and operation of a vertical channel type nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention;
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
20: 기판 21: 층간절연막20: substrate 21: interlayer insulating film
22: 게이트 전극용 도전막 23: 게이트 절연막22: conductive film for gate electrode 23: gate insulating film
24: 게이트 전극 25: 소스/드레인 영역24: gate electrode 25: source / drain region
26,27: 금속배선26,27: metal wiring
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090071294A KR20110013700A (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Vertical channel type non-volatile memory device |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020090071294A KR20110013700A (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Vertical channel type non-volatile memory device |
Publications (1)
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2009
- 2009-08-03 KR KR1020090071294A patent/KR20110013700A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140374817A1 (en) * | 2013-06-21 | 2014-12-25 | SK Hynix Inc. | Non-volatile memory device |
US9159742B2 (en) * | 2013-06-21 | 2015-10-13 | SK Hynix Inc. | Non-volatile memory device |
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