JP2016170836A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2016170836A
JP2016170836A JP2015049716A JP2015049716A JP2016170836A JP 2016170836 A JP2016170836 A JP 2016170836A JP 2015049716 A JP2015049716 A JP 2015049716A JP 2015049716 A JP2015049716 A JP 2015049716A JP 2016170836 A JP2016170836 A JP 2016170836A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
semiconductor
bit line
memory cell
memory device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015049716A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6290124B2 (ja
Inventor
寿文 橋本
Toshifumi Hashimoto
寿文 橋本
裕介 梅澤
Yusuke Umezawa
裕介 梅澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2015049716A priority Critical patent/JP6290124B2/ja
Priority to US15/055,302 priority patent/US9543022B2/en
Publication of JP2016170836A publication Critical patent/JP2016170836A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6290124B2 publication Critical patent/JP6290124B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0483Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells having several storage transistors connected in series
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/34Determination of programming status, e.g. threshold voltage, overprogramming or underprogramming, retention
    • G11C16/3418Disturbance prevention or evaluation; Refreshing of disturbed memory data
    • G11C16/3427Circuits or methods to prevent or reduce disturbance of the state of a memory cell when neighbouring cells are read or written
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5226Via connections in a multilevel interconnection structure
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/10EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the top-view layout
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/20EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
    • H10B43/23EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels
    • H10B43/27EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels the channels comprising vertical portions, e.g. U-shaped channels
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/30EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
    • H10B43/35EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region with cell select transistors, e.g. NAND

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Abstract

【課題】データの信頼性を向上することが可能な半導体記憶装置を提供する。【解決手段】半導体記憶装置は、半導体基板上方に配置される第1ワード線と、第1ワード線の上方に配置される第2ワード線と、第1ワード線及び第2ワード線を挟むコンタクトプラグ31、33と、第1ワード線及び第2ワード線を通過する複数の第1半導体ピラー27(導伝膜)と、第1ワード線及び第2ワード線を通過し、複数の第1半導体ピラー27とプラグ31、33の間に配置される複数の第2半導体ピラーと、第1半導体ピラー27に接続される第1ビット線28と、第2半導体ピラーに接続される第2ビット線とを具備する。第1ビット線に接続されたメモリセルと、第2ビット線に接続されたメモリセルに同じデータを書き込むとき、第1ビット線に第1電圧を印加し、第2ビット線に第1電圧と異なる第2電圧を印加する。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は半導体記憶装置に関する。
メモリセルが三次元に配列されたNAND型フラッシュメモリが知られている。
特開2009−251891号公報 特開2012−150023号公報
データの信頼性を向上することが可能な半導体記憶装置を提供する。
実施形態の半導体記憶装置は、半導体基板上方に配置される第1ワード線と、前記第1ワード線の上方に配置される第2ワード線と、前記第1ワード線及び前記第2ワード線を挟むプラグと、前記第1ワード線及び前記第2ワード線を通過する複数の第1半導体ピラーと、前記第1ワード線及び前記第2ワード線を通過し、前記複数の第1半導体ピラーと前記プラグの間に配置される複数の第2半導体ピラーと、前記第1半導体ピラーに接続される第1ビット線と、前記第2半導体ピラーに接続される第2ビット線とを具備する。実施形態の半導体記憶装置は、前記第1ビット線に接続されたメモリセルと、前記第2ビット線に接続されたメモリセルに同じデータを書き込むとき、第1ビット線に第1電圧を印加し、第2ビット線に前記第1電圧と異なる第2電圧を印加することを特徴とする。
第1実施形態に係る半導体記憶装置の備えるブロック図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備えるメモリセルアレイの回路図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備えるメモリセルアレイの断面図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラー及びビット線の平面図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラーの平面図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラーの平面図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備えるセンスアンプのブロック図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備えるセンスアンプユニットの回路図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の書き込み動作のフローチャート。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の書き込み動作タイミングチャート。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラーの平面図。 第1実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラーの平面図。 第2実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラー及びビット線の平面図。 第3実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラー及びビット線の平面図。 第4実施形態に係る半導体記憶装置の書き込み動作のタイミングチャート。 第5実施形態に係る半導体記憶装置の備えるセンスアンプのブロック図。 第5実施形態に係る半導体記憶装置の書き込み動作タイミングチャート。 第6実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラーの平面図。 第7実施形態に係る半導体記憶装置の備える半導体ピラーの断面図。
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、共通する参照符号を付す。
[第1実施形態]
[1]全体構成
図1を用いて、半導体記憶装置1の全体構成について説明する。
半導体記憶装置1は、メモリセルアレイ10、ロウデコーダ(R/D)11、センスアンプモジュール12、ドライバ13、シーケンサ(コントローラ)14、レジスタ15、及び入出力回路(I/O)16を備えている。
メモリセルアレイ10は、それぞれがワード線及びビット線に関連付けられた複数の不揮発性メモリセルの集合である複数のブロックBLK(BLK0、BLK1、BLK2、・・・)を備えている。ブロックBLKは、例えばデータの消去単位となり、同一ブロックBLK内のデータは一括して消去される。この場合に限定されることなく、他の消去動作は、“不揮発性半導体記憶装置”という2011年9月18日に出願された米国特許出願13/235,389号、“不揮発性半導体記憶装置”という2010年1月27日に出願された米国特許出願12/694,690号に記載されている。これらの特許出願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。ブロックBLKの各々は、メモリセルが直列接続されたNANDストリングNSの集合である複数のフィンガーFNG(FNG0、FNG1、FNG2、・・・)を備えている。メモリセルアレイ10内のブロック数、及び1ブロックBLK内のフィンガーFNG数は任意である。
また、メモリセルアレイ10は、ROMヒューズ領域(図示せず)を備えている。ROMヒューズ領域は、メモリセルアレイ10内の複数のメモリセルから構成される。ROMヒューズ領域には、例えば書き込み動作時にビット線BLに印加する電圧のパラメータが格納されている。
ロウデコーダ11は、ブロックアドレスやページアドレスをデコードして、対応するブロックBLKのいずれかのワード線WLを選択し、選択ワード線及び非選択ワード線に適切な電圧を印加する。
センスアンプモジュール12は、データの読み出し時には、メモリセルからビット線BLに読み出されたデータをセンスし、データの書き込み時には、書き込みデータをビット線BLに転送する。
ドライバ13は、データの書き込み、読み出し、及び消去に必要な電圧を生成し、ロウデコーダ11、及びセンスアンプモジュール12に供給する。この電圧が、メモリセルアレイ10内の各種配線に印加される。
シーケンサ14は、半導体記憶装置1全体の動作を制御する。例えば、シーケンサ14は、半導体記憶装置1の電源投入時に、ROMヒューズ領域から書き込み動作時に使用する電圧のパラメータを読み出し、レジスタ15にテーブルとして格納する。
レジスタ15は、種々の信号を保持する。例えば、データの書き込みや消去動作のステータスを保持し、これによって外部のコントローラ(図示せず)に動作が正常に完了したか否かを通知する。レジスタ15は、外部のコントローラから受信したコマンドやアドレス等を保持し、また種々のテーブルを保持することも可能である。
入出力回路16は、外部のコントローラ又はホスト機器(図示せず)とデータの授受を行う。入出力回路16は、データの読み出し時には、センスアンプモジュール12でセンスされた読み出しデータを外部へ出力し、データ書き込み時には、外部から受信した書き込みデータをセンスアンプモジュール12に転送する。
[2]メモリセルアレイ10
[2−1]回路構成
図2を用いて、半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10のいずれかのブロックBLKの回路構成について説明する。他のブロックBLKも同様の構成を有している。
ブロックBLKは、例えば4個のフィンガーFNG(FNG0〜FNG3)を含んでいる。フィンガーFNGの各々は、複数のNANDストリングNSを含んでいる。NANDストリングNSの各々は、例えば8個のメモリセルトランジスタMT(MT0〜MT7)、及び選択トランジスタST1、ST2を含んでいる。尚、メモリセルトランジスタMT及びフィンガーFNGの個数は、任意の数に設定できる。メモリセルトランジスタMTの個数は、例えば16個、32個、64個、又は128個でも良い。
メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートと、電荷蓄積層を含む積層ゲートとを備え、データを不揮発に保持する。メモリセルトランジスタMTは、選択トランジスタST1、ST2間に、直列接続される。メモリセルトランジスタMT7の一端は、選択トランジスタST1の一端に接続され、他端は、選択トランジスタST2の一端に接続されている。
フィンガーFNG0〜3において、選択トランジスタST1のゲートの各々は、対応するセレクトゲート線SGD0〜SGD3に共通に接続され、選択トランジスタST2のゲートの各々は、フィンガーFNG0〜3間で同一のセレクトゲート線SGSに共通に接続されている。同一のブロックBLK内において、メモリセルトランジスタMT0〜MT7の制御ゲートはそれぞれ、対応するワード線WL0〜WL7に共通に接続されている。すなわち、同一ブロックBLK内において、ワード線WL0〜WL7及びセレクトゲート線SGSは、フィンガーFNG0〜FNG3間で共通に接続され、セレクトゲート線SGDは、フィンガーFNG0〜FNG3毎に独立している。
メモリセルアレイ10内でマトリクス状に配置されたNANDストリングNSのうち、同一行にあるNANDストリングNSの選択トランジスタST1の他端は、いずれかのビット線BL(BL0〜BL(L−1)、(L−1)は1以上の自然数)に共通に接続されている。すなわち、ビット線BLには、複数のブロックBLK間で、同一行にあるNANDストリングNSが共通に接続されている。選択トランジスタST2の他端は、ソース線SLに共通に接続されている。ソース線SLは、例えば複数のブロックBLK間で共通に接続されている。
データの読み出し及び書き込みは、いずれかのブロックBLKの、いずれかのフィンガーFNGにおける、いずれかのワード線WLに共通に接続された複数のメモリセルトランジスタMTにつき、一括して行われる。このデータの読み出し及び書き込みに使われる単位は、ページと定義されている。
[2−2]断面構造
図3を用いて、半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の断面構造について説明する。
半導体記憶装置1のp型ウェル領域20上には、複数のNANDストリングNSが形成されている。具体的には、p型ウェル領域20上には、セレクトゲート線SGSとして機能する複数の配線層21と、ワード線WLとして機能する複数の配線層22と、セレクトゲート線SGDとして機能する複数の配線層23とが形成されている。
配線層21は、例えば4層で形成され、複数のNANDストリングNSで共通のセレクトゲート線SGSに電気的に接続され、2つの選択トランジスタST2のゲート電極として機能する。
配線層22は、例えば8層で形成され、層ごとに共通のワード線WLに電気的に接続されている。
配線層23は、例えば4層で形成され、NANDストリングNSごとに対応するセレクトゲート線SGDに接続され、1つの選択トランジスタST1のゲート電極として機能する。
メモリホールMHは、配線層21、22、23を貫通し、p型ウェル領域20に達するように形成されている。メモリホールMHの側面には、ブロック絶縁膜24、電荷蓄積層25(絶縁膜)、及びゲート絶縁膜26が順に形成されている。メモリホールMH内には、導電膜(半導体ピラー)27が埋め込まれている。半導体ピラー27は、NANDストリングNSの電流経路として機能する。半導体ピラー27の上端には、ビット線BLとして機能する配線層28が形成されている。
以上のように、p型ウェル領域20上には、選択トランジスタST2、複数のメモリセルトランジスタMT、及び選択トランジスタST1が順に積層されており、1つのメモリホールMHが、1つのNANDストリングNSに対応している。
p型ウェル領域20の表面内には、n型不純物拡散層29及びp型不純物拡散層30が形成されている。
型不純物拡散層29上には、コンタクトプラグ31が形成され、コンタクトプラグ31上には、ソース線SLとして機能する配線層32が形成されている。ソース線SLは、ドライバ13に電気的に接続されている。
型不純物拡散層30上には、コンタクトプラグ33が形成され、コンタクトプラグ33上には、ウェル配線CPWELLとして機能する配線層34が形成されている。ウェル配線CPWELLは、ドライバ13に電気的に接続されている。
コンタクトプラグ31、33は、奥行き方向に平面状に形成されている。
配線層32、34が形成されている層は、配線層23(セレクトゲート線SGD)よりも上、かつ配線層28が形成されている層よりも下に形成されている。
以上の構成は、図3を記載した紙面の奥行き方向に複数配列されている。1つのフィンガーFNGは、奥行き方向に一列に並ぶ複数のNANDストリングNSの集合によって構成されている。
さらに、配線層21は、同一のブロックBLK内において、共通のセレクトゲート線SGSとして機能し、互いに電気的に接続されている。最下層の配線層21とp型ウェル領域20との間には、ゲート絶縁膜26が形成されている。n型不純物拡散層29に隣接している最下層の配線層21と、ゲート絶縁膜26とは、n型不純物拡散層29近傍まで形成されている。
これにより、選択トランジスタST2がオン状態とされた場合、形成されたチャネルは、メモリセルトランジスタMT0及びn型不純物拡散層29を、電気的に接続する。ドライバ13は、ウェル配線CPWELLに電圧を印加することで、半導体ピラー27に電位を与えることが出来る。
尚、メモリセルアレイ10の構成については、その他の構成であっても良い。メモリセルアレイ10の構成については、例えば“三次元積層不揮発性半導体メモリ”という2009年3月19日に出願された米国特許出願12/407,403号に記載されている。また、“三次元積層不揮発性半導体メモリ”という2009年3月18日に出願された米国特許出願12/406,524号、“不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法”という2010年3月25日に出願された米国特許出願12/679,991号、“半導体メモリ及びその製造方法”という2009年3月23日に出願された米国特許出願12/532,030号に記載されている。これらの特許出願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
[2−3]半導体ピラー27
図4を用いて、半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10のいずれかのブロックにおける半導体ピラー27の構成について説明する。図示の便宜上、図4には、2個のフィンガーFNG(FNG0、FNG1)を示している。ビット線方向BLにおいて、隣り合うフィンガーFNGの間に、コンタクトプラグ31及び33(図示せず)が配置されている。また、他のフィンガーFNGも同様の構成を有している。
各フィンガーFNGには、ワード線WL方向とビット線BL方向の平面に、半導体ピラー27が千鳥状に配列されている。フィンガーFNG0、FNG1にはそれぞれ、ビット線BL0〜7に対応する半導体ピラー27−0〜27−7を示している。尚、半導体ピラー27を何個の配列するかは、特に限定されない。また、半導体ピラー27の配列は、マトリクス状にしても良い。
各半導体ピラー27の上方には、例えば2本のビット線BLが配設されている。1つの半導体ピラー27は、ビット線コンタクトBLVを介して、1本のビット線BLに電気的に接続されている。
複数の半導体ピラー27は、フィンガーFNG毎に2つのグループ(グループ1、2)に分類される。各フィンガーFNGにおいて、グループ1の半導体ピラー27は、コンタクトプラグ31及び33にそれぞれに近接して配置(BL方向の端部に配置)され、グループ2の半導体ピラー27は、グループ1の半導体ピラー27に挟まれている(BL方向の中央部に配置されている)。
具体的には、半導体ピラー27−0、27−3、27−4、27−7がグループ1に含まれ、半導体ピラー27−1、27−2、27−5、27−6がグループ2に含まれている。つまり、ビット線BL0、BL3、BL4、BL7は、グループ1の半導体ピラー27に接続され、ビット線BL1、BL2、BL5、BL6は、グループ2の半導体ピラー27に接続されている。このように、グループ1の半導体ピラー27に接続された複数のビット線BLと、グループ2の半導体ピラー27に接続された複数のビット線BLとは、2本ずつ交互に接続されている。また、図6に示すように千鳥状にした場合、グループ1の半導体ピラー27に接続された複数のビット線BLと、グループ2の半導体ピラー27に接続された複数のビット線BLとは、4本ずつ交互に接続される。
実際の半導体ピラー27の径(直径)は、図5に示すように、グループ1の半導体ピラー27の直径R1が、グループ2の半導体ピラー27の直径R2よりも小さくなることが多い。ここで直径とは、半導体ピラー27の中心を通る弦の長さを示し、半導体ピラー27が楕円の場合の直径は、(長径+短径)/2とする。また、半導体ピラー27の配列を、千鳥状にした場合(例えば、図6に示すように千鳥状にした場合)においても同様に、グループ1の半導体ピラー27の直径R1が、グループ2の半導体ピラー27の直径R2よりも小さくなることが多い。
[3]センスアンプモジュール12
[3−1]構成
図7を用いて、半導体記憶装置1の備えるセンスアンプモジュール12の構成について説明する。
センスアンプモジュール12は、複数のセンスアンプユニットSAUを備えている。センスアンプユニットSAUは、ビット線毎に設けられる。センスアンプユニットSAUの配列としては、例えば8個のセンスアンプユニットSAU<0>〜SAU<7>がビット線BL方向に一列に並んでいる。
センスアンプユニットSAU<0>、SAU<3>、SAU<4>、SAU<7>にはそれぞれ、ビット線BL0、BL3、BL4、BL7(グループ1の半導体ピラー27に接続されているビット線BL)が接続されている。センスアンプユニットSAU<1>、SAU<2>、SAU<5>、SAU<6>にはそれぞれ、ビット線BL1、BL2、BL5、BL6(グループ2の半導体ピラー27に接続されているビット線BL)が接続されている。
簡単のため、以降の説明において、グループ1、2の半導体ピラー27に対応しているビット線BL及びセンスアンプユニットSAUをそれぞれ、グループ1、2のビット線BL及びセンスアンプユニットSAUと記載する。
8個のセンスアンプユニットSAU<0>〜SAU<7>は、ワード線WL方向に複数配列されている。センスアンプユニットSAUの各々には、制御信号BLCを供給する配線が接続されている。グループ1、2のセンスアンプユニットSAUにはそれぞれ、ノードSRCGNDa、SRCGNDbが接続されている。
[3−2]回路構成
図8を用いて、半導体記憶装置1の備えるセンスアンプユニットSAUの回路構成について説明する。
センスアンプユニットSAUは、センスアンプ部SA及びラッチ回路SDLを備えている。センスアンプ部SAは、ラッチ回路SDLの保持するデータに応じてビット線BLに電圧を印加する。ラッチ回路SDLは、入出力回路16から受信した書き込みデータを保持する。個々のメモリセルトランジスタMTが2ビット以上のデータを保持する際には、ラッチ回路は2つ以上設けられる。
センスアンプ部SAは、高耐圧nチャネルMOSトランジスタ40、低耐圧nチャネルMOSトランジスタ41〜48、低耐圧pチャネルMOSトランジスタ49、及びキャパシタ素子50を備えている。
トランジスタ40は、ゲートに制御信号BLSが印加され、一端が、対応するビット線BLに接続される。トランジスタ41は、一端がトランジスタ40の他端に接続され、他端がノードSCOMに接続され、ゲートに制御信号BLCが入力される。トランジスタ41は、対応するビット線BLを、制御信号BLCに応じた電位にクランプするためのものである。
トランジスタ45は、一端がノードSCOMに接続され、他端がノードSRCGND(ノードSRCGNDa又はSRCGNDb)に接続され、ゲートがノードINV_Sに接続される。トランジスタ42は、一端がノードSCOMに接続され、他端がノードSSRCに接続され、ゲートに制御信号BLXが入力される。トランジスタ49は、一端がノードSSRCに接続され、他端に電圧VDDSA(電源電圧、例えば2.5V)が与えられ、ゲートがノードINV_Sに接続される。トランジスタ43は、一端がノードSCOMに接続され、他端がノードSENに接続され、ゲートに制御信号XXLが入力される。トランジスタ44は、一端がノードSSRCに接続され、他端がノードSENに接続され、ゲートに制御信号HLLが入力される。
トランジスタ47は、一端が接地され、ゲートがノードSENに接続される。トランジスタ48は、一端がトランジスタ47の他端に接続され、他端がバスLBUSに接続され、ゲートに制御信号STBが入力される。トランジスタ46は、一端がノードSENに接続され、他端がバスLBUSに接続され、ゲートに制御信号BLQが入力される。キャパシタ素子50は、一方電極がノードSENに接続され、他方電極にクロックCLKが入力される。
[4]動作
図9を用いて、半導体記憶装置1の書き込み動作の流れについて説明する。以下の説明において、書き込み対象である選択ワード線WLが接続されているメモリセルトランジスタMT(メモリセル)のことを選択メモリセル、書き込みを行わない非選択ワード線WLが接続されているメモリセルのことを非選択メモリセルとする。
まず、シーケンサ14は、外部から受信した書き込みデータを、入出力回路16を介して、センスアンプモジュール12のラッチ回路SDLにロードする(ステップS10)。
次に、シーケンサ14は、書き込みループ数がN回(Nは1以上の自然数)未満であるかどうかを判定する(ステップS11)。書き込みループ数は、書き込み動作を繰り返した回数を示している。
次に、書き込みループ数がN回未満の場合、シーケンサ14は、通常の書き込み動作を行う(ステップS12)。通常の書き込み動作(Normal program)、及び補正書き込み動作(Correction program、後述するステップ16)の詳細は後述する。
次に、シーケンサ14は、選択メモリセルの閾値電圧を確認するベリファイ動作を行う。このベリファイ動作において、シーケンサ14は、書き込み対象のメモリセルの閾値電圧が目標レベル(メモリセルの書き込み終了を示す閾値電圧)に達しているかどうかを判断する(ステップS13)。
次に、シーケンサ14は、ベリファイがパスしたかどうかを判定する(ステップS14)。例えば、ベリファイ動作において閾値電圧が目標レベル未満であると判定されたメモリセル数が所定の数未満であるとき、ベリファイパスとなる。ベリファイフェイルである場合、シーケンサ14は、書き込みループ数をインクリメントする(ステップS15)。シーケンサ14は、ステップS11に戻り、書き込みループ(書き込み動作及びベリファイ動作のセット)を繰り返す。
なお、シーケンサ14は、書き込みループ数が最大値に達したときは、書き込み動作が失敗であるとして書き込み動作を終了するようにしても良い。
ステップS11において、書き込みループ数がN回以上である場合、シーケンサ14は、補正書き込み動作を行う(ステップS16)。その後、ステップ13のベリファイ動作が行われる。
次に、図8及び図10を用いて、通常の書き込み動作及び補正書き込み動作の詳細について説明する。まず、補正書き込み動作について説明する。
シーケンサ14は、制御信号BLX、BLCの電圧をVDDSA+Vthとして、トランジスタ41、42をオン状態にする(時刻t0)。Vthは、トランジスタ41、42の閾値電圧である。また、シーケンサ14は、ノードSRCGNDa、SRCGNDbの電圧をそれぞれ、Vblla、Vbllbにする。電圧Vblla、Vbllbの値は、レジスタ15に格納されたパラメータに基づいて設定される。電圧Vblla、Vbllb、VDDSAの関係は、VDDSA>Vblla>Vbllbであり、Vbllbは、例えば電圧VSS(=0V)である。
メモリセルに“0”データを書き込む場合(電荷蓄積層に電荷を注入して、閾値を上昇させる場合)、ラッチ回路SDLのノードINV_Sは、“H”レベル(電圧VDDSA)にされ、トランジスタ45がオン状態になる。これにより、グループ1、2のビット線BLにはそれぞれ、電圧Vblla、VbllbがノードSRCGNDa、SRCGNDbから与えられる。
一方、メモリセルに“1”データを書き込む場合(電荷蓄積層に電荷を注入せず、閾値を保持する場合)、ラッチ回路SDLのノードINV_Sは、“L”レベル(電圧VSS=0V)にされ、トランジスタ49がオン状態になる。これにより、ビット線BLには、電圧VDDSAが与えられる。
以下の説明において、“0”データが書き込まれるメモリセルに接続されているビット線BLのことを第1ビット線BL、“1”データが書き込まれるメモリセルに接続されているビット線BLのことを第2ビット線BLとする。
次に、シーケンサ14は、選択ブロックにおいて、選択メモリセルを含むフィンガーFNGの選択トランジスタST1をオン状態にして、選択メモリセルを含まないフィンガーFNGの選択トランジスタST1をオフ状態にする。また、シーケンサ14は、選択ブロックの選択トランジスタST2をオン状態にする。シーケンサ14は、非選択ブロックにおいて、選択トランジスタST1、ST2をオフ状態にする。また、シーケンサ14は、選択及び非選択ワード線の電圧をVpass(例えば10V)にする(時刻t1)。Vpassは、保持データに関わらずメモリセルをオン状態とし、且つ、カップリングによりチャネルの電圧を上昇させて、電荷蓄積層への電子の注入を抑制するための電圧である。
次に、シーケンサ14は、選択ワード線WLの電圧をプログラム電圧Vpgm(例えば20V)にする(時刻t2)。なお、プログラム電圧Vpgmは、書き込みループ数が増えるごとにステップアップされる。
選択ブロックにおいて、グループ1の第1ビット線BLが接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vblla)の高電圧が印加され、選択メモリセルにデータが書き込まれる。また、グループ2の第1ビット線BLが接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vbllb)の高電圧が印加され、選択メモリセルにデータが書き込まれる。ここで、Vblla>Vbllbのため、グループ1の第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルは、グループ2の第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルと比べて書き込み量(電荷注入量)が小さい。第2ビット線BLに接続されているNANDストリングでは、選択トランジスタST1、ST2がカットオフし、チャネル領域がフローティング状態となる。よって、チャネルの電位は、ワード線とのカップリングによりブーストされる(この時のチャネルの電位は、電圧VDDSAよりも高い)。これにより、トンネル酸化膜に高電界がかからず、メモリセルにデータが書き込まれない。
非選択ブロックのNANDストリングにおいて、選択トランジスタST1、ST2はカットオフされており(SGD=0V、SGS=0V)、チャネル領域がフローティング状態となる。よって、チャネルの電位は、ワード線とのカップリングによりブーストされる。これにより、非選択ブロックのメモリセルでは、トンネル酸化膜に高電界がかからず、データが書き込まれない。
以上のようにして、1回の補正書き込み動作が終了する(時刻t3)。補正書き込み動作は、N回目の書き込みループから実行される。補正書き込み動作は、例えば1回目の書き込みループから実行可能であり、任意の書き込みループ数から実行することが出来る。
次に、通常の書き込み動作について説明する。通常の書き込み動作は、時刻t0において、ノードSRCGNDaに印加される電圧をVbllbとしている。つまり、第1ビット線に接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vbllb)の高電圧が印加され、選択メモリセルにデータが書き込まれる。通常の書き込み動作のその他の動作は、補正書き込み動作と同様である。
[5]第1実施形態の効果
第1実施形態に係る半導体記憶装置1は、半導体ピラー27の径(半導体ピラー27の配置)に応じて、書き込み動作時に第1ビット線に印加する電圧を変更する。具体的には、書き込み動作時、径の小さい半導体ピラー27(図5のグループ1)に接続されている第1ビット線BLには、ノードSRCGNDaを介して電圧Vbllaが印加される。一方、径の大きい半導体ピラー27(図5のグループ2)に接続されている第1ビット線BLには、ノードSRCGNDbを介して電圧Vbllaより低い電圧Vbllbが印加される(補正書き込み動作)。
これにより、グループ1の第1ビット線BLに接続されているメモリセルは、ゲート−チャネル間にかかる電界が小さくなり、書き込み速度が遅くなる。この結果、半導体ピラー27の径が小さいメモリセルと、半導体ピラー27の径が大きいメモリセルとの書き込み速度を揃えることが出来る。これにより、同一ページ内における書き込み速度のばらつきが低減され、不要なプログラムディスターブを低減することができる。また、書き込み速度のばらつきを低減することで、メモリセルの閾値ばらつきを低減することが出来るため、メモリセルの閾値分布の幅を狭くすることができる。
また、半導体記憶装置1は、書き込みループ数の増加に伴い、メモリセルの書き込み速度に変化が生じる場合がある。そこで、半導体記憶装置1は、N回目の書き込みループから、補正書き込み動作を適用することが出来る。これにより、上記と同様の効果を得ることが出来る。
尚、図11に示すように、グループ1の半導体ピラー27の直径R1が、グループ2の半導体ピラー27の直径R2よりも大きい場合がある。この場合、書き込み動作時、グループ1の第1ビット線BLには、ノードSRCGNDaを介して電圧Vbllbを印加し、グループ2の第1ビット線には、ノードSRCGNDbを介して電圧Vbllaを印加すれば良い。これにより、上記と同様の効果を得ることが出来る。
また、図12に示すように、グループ1の半導体ピラー27と、グループ2の半導体ピラー27とで、形状が異なる場合(グループ1の半導体ピラー27が楕円になっている場合)がある。ここで楕円とは、グループ1の半導体ピラー27の長径をR1L、短径をR1Sとすると、長径R1L>直径R2であり、短径R1S<直径R2であるものを示している。
半導体ピラー27の形状が異なる場合、半導体ピラー27の直径が同じでも、メモリセルの書き込み速度に差が生じる場合がある。この場合も同様に、書き込み動作時、グループ1の第1ビット線BLには、ノードSRCGNDaを介して電圧Vbllaを印加し、グループ2の第1ビット線には、ノードSRCGNDbを介して電圧Vbllbを印加することで、上記と同様の効果を得ることが出来る。
[第2実施形態]
第2実施形態に係る半導体記憶装置1は、ビット線BLに接続されている半導体ピラー27の配置が異なる。図13を用いて、半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10のいずれかのブロックにおける半導体ピラー27の構成について説明する。
図13に示すように、半導体ピラー27−0、27−3、27−4、27−7がグループ2に含まれ、半導体ピラー27−1、27−2、27−5、27−6がグループ1に含まれている。つまり、ビット線BL0、BL3、BL4、BL7は、グループ2の半導体ピラー27に接続され、ビット線BL1、BL2、BL5、BL6は、グループ1の半導体ピラー27に接続されている。その他の構成は第1実施形態と同様である。第2実施形態に係る半導体記憶装置1の動作は、第1実施形態と同様である。
以上の構成においても、第2実施形態に係る半導体記憶装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
[第3実施形態]
第3実施形態に係る半導体記憶装置1は、第1及び第2実施形態のフィンガーFNGを交互に配置する。図14を用いて、半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10のいずれかのブロックにおける半導体ピラー27の構成について説明する。
フィンガーFNG0において、半導体ピラー27は第1実施形態と同様の構成になっている。フィンガーFNG1において、半導体ピラー27は第2実施形態と同様の構成になっている。フィンガーFNG2以降は、フィンガーFNG0、FNG1の構成が順に繰り返される。
これにより、ビット線BL0、BL3、BL4、BL7は、フィンガーFNG0(偶数のフィンガーFNG)ではグループ1の半導体ピラー27に接続され、フィンガーFNG1(奇数のフィンガーFNG)ではグループ2の半導体ピラー27に接続されている。一方、ビット線BL1、BL2、BL5、BL6は、フィンガーFNG0(偶数のフィンガーFNG)では、グループ2の半導体ピラー27に接続され、フィンガーFNG1(奇数のフィンガーFNG)では、グループ1の半導体ピラー27に接続されている。
第3実施形態に係る半導体記憶装置1の動作は、偶数フィンガーFNGの書き込み動作時、グループ1の第1ビット線BLには、ノードSRCGNDaを介して電圧Vbllaを印加し、グループ2の第1ビット線には、ノードSRCGNDbを介して電圧Vbllbを印加する。一方、奇数フィンガーFNGの書き込み動作時、グループ1の第1ビット線BLには、ノードSRCGNDbを介して電圧Vbllaを印加し、グループ2の第1ビット線には、ノードSRCGNDaを介して電圧Vbllbを印加する。その他の動作は第1実施形態と同様である。
以上の構成により、第3実施形態に係る半導体記憶装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
[第4実施形態]
第4実施形態に係る半導体記憶装置1は、データ書き込み時に、QPW(Quick Pass Write)方式を用いる。QPW方式は、“不揮発性半導体記憶装置”という2014年4月28日に出願された米国特許出願14/263,948号に記載されている。この特許出願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
QPW方式について説明する。メモリセルの閾値電圧が第1レベル以上になった場合、電圧Vqpwを使用した書き込み動作が行われる。電圧Vqpwは、Vblla及びVbllbより高く、VDDSAより低い。メモリセルの閾値電圧が第2レベル以上(第1レベル<第2レベル)になった場合、当該メモリセルのベリファイがパスし、以後の書き込み動作においてロックアウトされる。
図8及び図15を用いて、QPW方式を適用した、半導体記憶装置1の補正書き込み動作について説明する。
まず、シーケンサ14は、制御信号BLX、BLCの電圧をVDDSA+Vthとして、トランジスタ41、42をオン状態にする(時刻t0)。また、シーケンサ14は、ノードSRCGNDa、SRCGNDbの電圧をそれぞれ、Vblla、Vbllbにする。
メモリセルの閾値電圧が第1レベル未満の場合、グループ1の第1ビット線には、電圧VbllaがノードSRCGNDaを介して与えられ、グループ2の第1ビット線BLには電圧VbllbがノードSRCGNDbを介して与えられる。また、第2ビット線BLには、電圧VDDSAが与えられる。第2ビット線BLの隣にある第1ビット線BLには、第1ビット線BL及び第2ビット線BL間のカップリングの影響が現れる(電圧Vqpwを使用した書き込み動作を行う場合(QPW)に図示している)。
次に、シーケンサ14は、制御信号BLCの電圧をVSSにする(時刻t1)。
次に、シーケンサ14は、電圧Vqpwを使用した書き込み動作を行う場合、グループ1、2の第1ビット線BLに接続されているセンスアンプユニットSAUのノードINV_Sの電圧を“L”レベル(電圧VSS)にする(時刻t2)。
次に、シーケンサ14は、選択ブロックにおいて、選択メモリセルを含むフィンガーFNGの選択トランジスタST1をオン状態にして、選択メモリセルを含まないフィンガーFNGの選択トランジスタST1をオフ状態にする。また、シーケンサ14は、選択ブロックの選択トランジスタST2をオン状態にする。シーケンサ14は、非選択ブロックにおいて、選択トランジスタST1、ST2をオフ状態にする。また、シーケンサ14は、制御信号BLCの電圧をVqpw+Vthにして、閾値電圧が第1レベル以上のメモリセルに接続されている第1ビット線BLの電圧をVqpwにする。
また、シーケンサ14は、選択及び非選択ワード線の電圧をVpassにする(時刻t3)。
次に、シーケンサ14は、選択ワード線WLの電圧をプログラム電圧Vpgmにする(時刻t4)。
グループ1の第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vblla)の高電圧が印加され、選択メモリセルにデータが書き込まれる。また、グループ2の第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vbllb)の高電圧が印加され、選択メモリセルにデータが書き込まれる。
第2ビット線BLに接続されているNANDストリングでは、第1実施形態と同様に、チャネル領域がフローティング状態となっている。これにより、トンネル酸化膜に高電界がかからず、メモリセルにデータが書き込まれない。
電圧Vqpwを使用した書き込み動作を行う場合、第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vqpw)の高電圧が印加され、選択メモリセルにデータが書き込まれる。尚、VDDSA>Vqpw>Vblla>Vbllbであるため、電圧Vqpwを使用した書き込み動作は、メモリセルの閾値電圧が第1レベル未満の場合の書き込み動作と比べて、選択メモリセルの書き込み量が小さくなる。
非選択ブロックのNANDストリングでは、第1実施形態と同様に、チャネル領域がフローティング状態となっている。これにより、非選択ブロックのメモリセルは、トンネル酸化膜に高電界がかからず、データが書き込まれない。
以上のようにして、1回の書き込みループが終了する(時刻t5)。その他の動作は、第1実施形態と同様である。
以上の構成により、第4実施形態に係る半導体記憶装置1は、第1〜第3実施形態と比べて、メモリセルの閾値電圧の分布を狭くすることが出来る。
[第5実施形態]
第5実施形態に係る半導体記憶装置1は、第4実施形態において、半導体ピラー27の配置に応じて第1ビット線BLに印加する電圧を設定する。図16を用いて、センスアンプモジュール12の構成について、第4実施形態と異なる点のみ説明する。
グループ1のセンスアンプユニットSAUには、制御信号BLCaが供給される配線が接続されている。グループ2のセンスアンプユニットSAUには、制御信号BLCbが供給される配線が接続されている。
センスアンプユニットSAUの回路図は、図8に対して、トランジスタ41に入力される信号が異なる。グループ1のセンスアンプユニットSAUのトランジスタ41のゲートには、制御信号BLCaが入力され、グループ2のセンスアンプユニットSAUのトランジスタ41のゲートには、制御信号BLCbが入力される。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
図17を用いて、第5実施形態に係る半導体記憶装置1のQPW方式を用いた書き込み動作について、第4実施形態と異なる点のみ説明する。メモリセルの閾値電圧が第1レベル以上なった場合、電圧Vqpwa、Vqpwbを使用した書き込み動作が行われる。電圧Vqpwaは、Vbllaより高く、VDDSAより低い。電圧Vqpwbは、Vbllbより高く、VDDSAより低い。
時刻t0において、シーケンサ14は、制御信号BLCa、BLCbの電圧をVDDSA+Vthにする。これにより、第2ビット線BLには、電圧VDDSAが与えられる。時刻t1において、シーケンサ14は、制御信号BLCa、BLCbの電圧をVSSにする。
時刻t2において、シーケンサ14は、電圧Vqpwa、Vqpwbを使用した書き込み動作を行う場合、グループ1、2の第1ビット線BLに接続されているセンスアンプユニットSAUのノードINV_Sを“L”レベル(電圧VSS)にする。
時刻t3において、制御信号BLCa、BLCbの電圧はそれぞれ、Vqpwa+Vth、Vqpwb+Vthが与えられる。これにより、グループ1、2の第1ビット線BLはそれぞれ、電圧Vqpwa、Vqpwbまで充電される。
時刻t4において、選択ワード線WLにプログラム電圧Vpgmが印加される。電圧Vqpwa、Vqpwbを使用した書き込み動作を行う場合、グループ1の第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vqpwa)の高電界がかかり、選択メモリセルにデータが書き込まれる。一方、グループ2の第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルのゲート−チャネル間には、(Vpgm−Vqpwa)の高電界がかかり、選択メモリセルにデータが書き込まれる。これにより、電圧Vqpwa、Vqpwbを使用した書き込み動作時、グループ1、2の第1ビット線BLに接続されている選択メモリセルをそれぞれ異なる速度で書き込みを行うことができる。
以上の構成により、第5実施形態に係る半導体記憶装置1は、第1〜第4実施形態と比べて、メモリセルの閾値電圧の分布を狭めることが出来る。
[第6実施形態]
第6実施形態に係る半導体記憶装置1は、半導体ピラー27の配置に応じて3つのグループに分類し、データ書き込み時に、第1ビット線BLにグループごとに異なる電圧を印加する。
半導体ピラー27は、千鳥状に配列する場合(例えば、図18に示すように半導体ピラー27を千鳥状に配列する場合)、フィンガーFNGにおいて、X方向の端部及び中央部だけでなく、それらの中間の半導体ピラー27の径が異なる場合がある。
そこで、第6実施形態に係る半導体記憶装置1は、複数の半導体ピラー27をフィンガーFNG毎に3つのグループ(グループ1、2、3)に分類する。グループ1、2は、第1実施形態と同様である。グループ3は、BL方向において、グループ1、2間に配置されている半導体ピラー27を示している。グループ3の半導体ピラー27の直径R3は、グループ1の半導体ピラー27の直径R1より大きく、グループ2の直径R2より小さい。
センスアンプモジュール12の構成は、グループ3のセンスアンプユニットSAUにノードSRCGNDcを設ける。その他の構成は図7と同様である
第6実施形態に係る半導体記憶装置1の補正書き込み動作は、グループ3の第1ビット線BLに、ノードSRCGNDcを介して電圧Vbllcを与える。尚、電圧値は、Vblla>Vbllc>Vbllbという関係になる。その他の動作は第1実施形態と同様である。
以上の構成により、第6実施形態に係る半導体記憶装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
尚、複数の半導体ピラー27をフィンガーFNG毎に4つ以上のグループに分類しても良い。4つ以上のグループに対応したビット線電圧を生成するためには、ノードSRCGNDをその数に対応させれば良い。これにより、シーケンサ14は、対応するグループに応じて、第1ビット線BLにそれぞれ異なる電圧を与えることが出来、選択メモリセルの書き込み速度を調整することが出来る。
[第7実施形態]
第7実施形態に係る半導体記憶装置1は、メモリセルを積層位置に応じて複数のエリアに分類し、データ書き込み時に、エリアごとに異なるビット線電圧を印加する。図19を用いて、半導体記憶装置1の構成について説明する。図19は、図5の半導体ピラー27の断面図であり、グループ1、2の半導体ピラー27をそれぞれ1つずつ示している。
半導体ピラー27の直径は、上層から下層にかけて小さくなっている。具体的には、グループ1の半導体ピラー27の直径は、R1t(上層の直径)>R1m(中層の直径)>R1b(下層の直径)という関係になる。グループ2の半導体ピラー27の直径は、R2t(上層の直径)>R2m(中層の直径)>R2b(下層の直径)という関係になる。同一の層の場合、グループ1の半導体ピラー27の直径は、グループ2の半導体ピラー27の直径よりも小さい。
半導体ピラー27の直径が小さくなるほど選択メモリセルのゲート−チャネル間には高電界がかかり、メモリセルの書き込み速度が速くなる。これにより、半導体ピラー27の配置(グループ1、2間)によるメモリセルの書き込み速度の差は、上層よりも下層の方が大きくなる場合がある。そこで、メモリセルを積層位置に応じて複数のエリアに分類する。図19に示すように、メモリセルの積層位置は、例えば3つのエリア(エリア1、2、3)に分類される。半導体ピラー27の直径は、エリア1(例えば径R2t)>エリア2(例えば径R2m)>エリア3(例えば径R2b)となっている。
半導体記憶装置1の補正書き込み動作は、選択メモリセルの積層位置に応じて、異なる電圧Vblla、Vbllbを設定することが出来る。例えば、エリア1〜3に対応する電圧VbllaをそれぞれVblla1〜Vblla3とすると、Vblla1〜Vblla3の値を、Vblla1<Vblla2<Vblla3という関係にする。エリア1〜3に対応する電圧VbllbをそれぞれVbllb1〜Vbllb3とすると、Vbllb1〜Vbllb3の値を、Vbllb1≦Vbllb2≦Vbllb3という関係にする。
グループ2の半導体ピラー27に対応する選択メモリセルの書き込み速度は、グループ1の半導体ピラー27に対応する選択メモリセルの書き込み速度よりも遅いため、Vbllb1〜Vbllb3の電圧は、同じ(例えば電圧VSS)にしても良い。その他の動作は第1実施形態と同様である。
以上の構成により、第7実施形態に係る半導体記憶装置1は、第1〜第6実施形態と比べて、層毎のメモリセルの閾値電圧の分布を狭めることが出来る。
尚、通常の書き込み動作を行うエリアがあっても良い。上層のメモリセルでは、半導体ピラー27の配置によるメモリセルの書き込み速度の差が無く、下層のメモリセルでは、半導体ピラー27の配置によるメモリセルの書き込み速度の差が生じる場合がある。この場合、上層のメモリセルでは通常の書き込み動作を実行し、下層のメモリセルでは補正書き込み動作を実行すれば良い。このように、エリアごとに通常の書き込み動作と、補正書き込み動作を使い分けても良い。
尚、半導体記憶装置1の書き込み、読み出し、及び消去動作については、その他の構成であっても良い。半導体記憶装置1の書き込み、読み出し、及び消去動作については、例えば“半導体記憶装置及びデータ書き込み方法”という2013年9月5日に出願された国際特許出願2013/073917号、“半導体記憶装置”という2013年12月18日に出願された日本特許出願2013/083870号、“半導体記憶装置”という2013年9月13日に出願された国際特許出願2013/674952号、“半導体記憶装置”という2014年9月16日に出願された日本特許出願2013/188192号、“半導体記憶装置及びデータ消去方法”という2014年8月28日に出願された日本特許出願2014/174421号、“不揮発性半導体記憶装置”という2011年9月18日に出願された米国特許出願13/235,396号に記載されている。これらの特許出願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
尚、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
尚、上記各実施形態において、
(1)読み出し動作では、Aレベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば0V〜0.55Vの間である。これに限定されることなく、0.1V〜0.24、0.21V〜0.31V、0.31V〜0.4V、0.4V〜0.5V、0.5V〜0.55Vのいずれかの間にしてもよい。
Bレベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば1.5V〜2.3Vの間である。これに限定されることなく、1.65V〜1.8V、1.8V〜1.95V、1.95V〜2.1V、2.1V〜2.3Vいずれかの間にしてもよい。
Cレベルの読み出し動作に選択されたワード線に印加される電圧は、例えば3.0V〜4.0Vの間である。これに限定されることなく、3.0V〜3.2V、3.2V〜3.4V、3.4V〜3.5V、3.5V〜3.6V、3.6V〜4.0Vのいずれかの間にしてもよい。
読み出し動作の時間(tR)としては、例えば25μs〜38μs、38μs〜70μs、70μs〜80μsの間にしてもよい。
(2)書き込み動作は、上述したとおりプログラム動作とベリファイ動作を含む。書き込み動作では、プログラム動作時に選択されたワード線に最初に印加される電圧は、例えば13.7V〜14.3Vの間である。これに限定されることなく、例えば13.7V〜14.0V、14.0V〜14.6Vのいずれかの間としてもよい。
奇数番目のワード線を書き込む際の、選択されたワード線に最初に印加される電圧と、偶数番目のワード線を書き込む際の、選択されたワード線に最初に印加される電圧を変えてもよい。
プログラム動作をISPP方式(Incremental Step Pulse Program)としたとき、ステップアップの電圧として、例えば0.5V程度が挙げられる。
非選択のワード線に印加される電圧としては、例えば6.0V〜7.3Vの間としてもよい。この場合に限定されることなく、例えば7.3V〜8.4Vの間としてもよく、6.0V以下としてもよい。
非選択のワード線が奇数番目のワード線であるか、偶数番目のワード線であるかで、印加するパス電圧を変えてもよい。
書き込み動作の時間(tProg)としては、例えば1700μs〜1800μs、1800μs〜1900μs、1900μs〜2000μsの間にしてもよい。
(3)消去動作では、半導体基板上部に形成され、かつ、上記メモリセルが上方に配置されたウェルに最初に印加する電圧は、例えば12V〜13.6Vの間である。この場合に限定されることなく、例えば13.6V〜14.8V、14.8V〜19.0V、19.0V〜19.8V、19.8V〜21Vの間であってもよい。
消去動作の時間(tErase)としては、例えば3000μs〜4000μs、4000μs〜5000μs、4000μs〜9000μsの間にしてもよい。
(4)メモリセルの構造は、半導体基板(シリコン基板)上に膜厚が4〜10nmのトンネル絶縁膜を介して配置された電荷蓄積層を有している。この電荷蓄積層は膜厚が2〜3nmのSiN、又はSiON等の絶縁膜と膜厚が3〜8nmのポリシリコンとの積層構造にすることができる。また、ポリシリコンにはRu等の金属が添加されていてもよい。電荷蓄積層の上には絶縁膜を有している。この絶縁膜は、例えば、膜厚が3〜10nmの下層High−k膜と膜厚が3〜10nmの上層High−k膜に挟まれた膜厚が4〜10nmのシリコン酸化膜を有している。High−k膜はHfO等が挙げられる。また、シリコン酸化膜の膜厚はHigh−k膜の膜厚よりも厚くすることができる。絶縁膜上には膜厚が3〜10nmの材料を介して膜厚が30nm〜70nmの制御電極が形成されている。ここで材料はTaO等の金属酸化膜、TaN等の金属窒化膜である。制御電極にはW等を用いることができる。
また、メモリセル間にはエアギャップを形成することができる。
1…半導体記憶装置、10…メモリセルアレイ、11…ロウデコーダ、12…センスアンプ、13…ドライバ、14…シーケンサ、15…レジスタ、16…入出力回路、20…p型ウェル領域、21〜23、28、32、34…配線層、24…ブロック絶縁膜、25…電荷蓄積層、26…ゲート絶縁膜、27…導電膜、29、30…不純物拡散層、31、33…コンタクトプラグ

Claims (9)

  1. 半導体基板上方に配置される第1ワード線と、
    前記第1ワード線の上方に配置される第2ワード線と、
    前記第1ワード線及び前記第2ワード線を挟むプラグと、
    前記第1ワード線及び前記第2ワード線を通過する複数の第1半導体ピラーと、
    前記第1ワード線及び前記第2ワード線を通過し、前記複数の第1半導体ピラーと前記プラグの間に配置される複数の第2半導体ピラーと、
    前記第1半導体ピラーに接続される第1ビット線と、
    前記第2半導体ピラーに接続される第2ビット線と、
    を具備し、
    前記第1ビット線に接続されたメモリセルと、前記第2ビット線に接続されたメモリセルとに同じデータを書き込むとき、前記第1ビット線に第1電圧を印加し、前記第2ビット線に前記第1電圧と異なる第2電圧を印加することを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 前記第2半導体ピラーの直径は、前記第1半導体ピラーの直径よりも小さく、
    前記第2電圧は、前記第1電圧より大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記第1半導体ピラーの平面形状は円であり、
    前記第2半導体ピラーの平面形状は楕円であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記第1ビット線に接続されたメモリセルと、前記第2ビット線に接続されたメモリセルにデータを書き込まないとき、前記第1及び第2ビット線に、前記第1及び第2電圧より高い第3電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  5. 前記第1ビット線に接続され且つ第1閾値以上のメモリセルと、前記第2ビットに接続され且つ前記第1閾値以上のメモリセルに同じデータを書き込むとき、前記第1及び第2ビット線に、前記第1及び第2電圧より高く前記第3電圧より低い第4電圧を印加することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
  6. 前記第1ビット線に接続され且つ第1閾値以上のメモリセルと、前記第2ビットに接続され且つ前記第1閾値以上のメモリセルに同じデータを書き込むとき、前記第1ビット線に前記第1電圧より高く前記第3電圧より低い第4電圧を印加し、前記第2ビット線に前記第2電圧より高く前記第3電圧より低い第5電圧を印加することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
  7. 前記第1ビット線及び前記第1ワード線に接続されたメモリセルと、前記第2ビット線及び前記第1ワード線に接続されたメモリセルに同じデータを書き込むとき、前記第1ビット線に前記第1電圧を印加し、前記第2ビット線に前記第2電圧を印加し、
    前記第1ビット線及び前記第2ワード線に接続されたメモリセルと、前記第2ビット線及び前記第2ワード線に接続されたメモリセルに同じデータを書き込むとき、前記第1及び第2ビット線に前記第1又は第2電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  8. 前記第1ビット線及び前記第1ワード線に接続されたメモリセルと、前記第2ビット線及び前記第1ワード線に接続されたメモリセルに同じデータを書き込むとき、前記第1ビット線に前記第1電圧を印加し、前記第2ビット線に前記第2電圧を印加し、
    前記第1ビット線及び前記第2ワード線に接続されたメモリセルと、前記第2ビット線及び前記第2ワード線に接続されたメモリセルに同じデータを書き込むとき、前記第1ビット線に第6電圧を印加し、前記第2ビット線に前記第2及び第6電圧と異なる第7電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  9. 複数の第1ビット線と複数の第2ビット線とは、2本ずつ交互に配置され、
    隣り合う2本の第2ビット線の一方に接続された第2半導体ピラーと、他方に接続された第2半導体ピラーとは、前記第1半導体ピラーを挟むように配置されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体記憶装置。
JP2015049716A 2015-03-12 2015-03-12 半導体記憶装置 Active JP6290124B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015049716A JP6290124B2 (ja) 2015-03-12 2015-03-12 半導体記憶装置
US15/055,302 US9543022B2 (en) 2015-03-12 2016-02-26 Semiconductor memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015049716A JP6290124B2 (ja) 2015-03-12 2015-03-12 半導体記憶装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016170836A true JP2016170836A (ja) 2016-09-23
JP6290124B2 JP6290124B2 (ja) 2018-03-07

Family

ID=56886866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015049716A Active JP6290124B2 (ja) 2015-03-12 2015-03-12 半導体記憶装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9543022B2 (ja)
JP (1) JP6290124B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180051901A (ko) * 2016-11-09 2018-05-17 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 소자
JP2018514076A (ja) * 2015-03-24 2018-05-31 インテル・コーポレーション Nandメモリにおけるピラー配置
US10388386B2 (en) 2016-09-16 2019-08-20 Toshiba Memory Corporation Semiconductor device including control circuit writing data to memory cell
JP2020511790A (ja) * 2017-03-07 2020-04-16 長江存儲科技有限責任公司Yangtze Memory Technologies Co.,Ltd. 半導体構造および方法
WO2022264476A1 (ja) * 2021-06-16 2022-12-22 キオクシア株式会社 半導体記憶装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10096356B2 (en) * 2015-12-04 2018-10-09 Toshiba Memory Corporation Method of operation of non-volatile memory device
JP6595357B2 (ja) 2016-02-01 2019-10-23 東芝メモリ株式会社 メモリデバイス
JP2018085160A (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 東芝メモリ株式会社 半導体装置およびその動作方法
KR102289598B1 (ko) 2017-06-26 2021-08-18 삼성전자주식회사 불휘발성 메모리 장치 및 그것을 포함하는 메모리 시스템 그리고 그것의 프로그램 방법
KR102414511B1 (ko) 2017-08-02 2022-06-30 삼성전자주식회사 3차원 반도체 소자
JP6875236B2 (ja) * 2017-09-14 2021-05-19 キオクシア株式会社 半導体記憶装置
TWI638358B (zh) * 2017-10-25 2018-10-11 旺宏電子股份有限公司 記憶體裝置及其操作方法
US10636487B2 (en) * 2018-06-05 2020-04-28 Sandisk Technologies Llc Memory device with bit lines disconnected from NAND strings for fast programming
KR102518874B1 (ko) * 2018-09-20 2023-04-06 삼성전자주식회사 메모리 장치 및 그 리드 방법
US10964397B2 (en) 2018-11-13 2021-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Vertical memory device having improved electrical characteristics and method of operating the same
KR102465965B1 (ko) 2018-11-13 2022-11-10 삼성전자주식회사 전기적 특성이 향상된 수직형 메모리 장치 및 이의 동작 방법
US11069703B2 (en) 2019-03-04 2021-07-20 Sandisk Technologies Llc Three-dimensional device with bonded structures including a support die and methods of making the same
US10714497B1 (en) * 2019-03-04 2020-07-14 Sandisk Technologies Llc Three-dimensional device with bonded structures including a support die and methods of making the same
US10985169B2 (en) 2019-03-04 2021-04-20 Sandisk Technologies Llc Three-dimensional device with bonded structures including a support die and methods of making the same
JP2020155499A (ja) 2019-03-18 2020-09-24 キオクシア株式会社 半導体記憶装置
JP2021034089A (ja) * 2019-08-28 2021-03-01 キオクシア株式会社 半導体記憶装置
CN114631145A (zh) * 2019-11-11 2022-06-14 株式会社半导体能源研究所 信息处理装置及信息处理装置的工作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010219409A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置
JP2013045478A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置
JP2013077362A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置
JP2014011192A (ja) * 2012-06-27 2014-01-20 Toshiba Corp 半導体記憶装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5259552B2 (ja) 2009-11-02 2013-08-07 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置及びその駆動方法
JP2012204399A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 Toshiba Corp 抵抗変化メモリ
JP2014013634A (ja) 2012-07-03 2014-01-23 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置及びその動作方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010219409A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置
JP2013045478A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置
JP2013077362A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置
JP2014011192A (ja) * 2012-06-27 2014-01-20 Toshiba Corp 半導体記憶装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018514076A (ja) * 2015-03-24 2018-05-31 インテル・コーポレーション Nandメモリにおけるピラー配置
US10388386B2 (en) 2016-09-16 2019-08-20 Toshiba Memory Corporation Semiconductor device including control circuit writing data to memory cell
KR20180051901A (ko) * 2016-11-09 2018-05-17 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 소자
KR102633025B1 (ko) * 2016-11-09 2024-02-05 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 소자
JP2020511790A (ja) * 2017-03-07 2020-04-16 長江存儲科技有限責任公司Yangtze Memory Technologies Co.,Ltd. 半導体構造および方法
JP2022010277A (ja) * 2017-03-07 2022-01-14 長江存儲科技有限責任公司 半導体構造および半導体構造の形成方法
JP7014814B2 (ja) 2017-03-07 2022-02-01 長江存儲科技有限責任公司 半導体構造および方法
KR20220017523A (ko) * 2017-03-07 2022-02-11 양쯔 메모리 테크놀로지스 씨오., 엘티디. 3차원 메모리 디바이스의 개구 레이아웃
KR102426647B1 (ko) 2017-03-07 2022-07-27 양쯔 메모리 테크놀로지스 씨오., 엘티디. 3차원 메모리 디바이스의 개구 레이아웃
US11574919B2 (en) 2017-03-07 2023-02-07 Yangtze Memory Technologies Co., Ltd. Openings layout of three-dimensional memory device
US11903195B2 (en) 2017-03-07 2024-02-13 Yangtze Memory Technologies Co., Ltd. Openings layout of three-dimensional memory device
WO2022264476A1 (ja) * 2021-06-16 2022-12-22 キオクシア株式会社 半導体記憶装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9543022B2 (en) 2017-01-10
US20160267991A1 (en) 2016-09-15
JP6290124B2 (ja) 2018-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6290124B2 (ja) 半導体記憶装置
US10418104B2 (en) Semiconductor memory device
US10672487B2 (en) Semiconductor memory device
JP6490018B2 (ja) 半導体記憶装置
JP6400547B2 (ja) メモリデバイス
JP6470146B2 (ja) 半導体記憶装置
JP6313244B2 (ja) 半導体記憶装置
JP2018125052A (ja) 半導体記憶装置
JP2017054562A (ja) 半導体記憶装置
US10153045B2 (en) Semiconductor memory device
JP2016152052A (ja) 半導体記憶装置
JP2018116755A (ja) 半導体記憶装置
JP2016062623A (ja) 半導体記憶装置
JP2017216025A (ja) 半導体記憶装置
JP2015204126A (ja) 半導体記憶装置
US9786380B2 (en) Semiconductor memory device
JP6437421B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置
JP2018156702A (ja) 半導体記憶装置及びメモリシステム
JP2017054573A (ja) 半導体記憶装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170222

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180207

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6290124

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350