JP2017107626A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態は、半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.
複数の電極層が積層された積層体にメモリホールを形成し、そのメモリホール内に電荷蓄積膜および半導体膜が積層体の積層方向に延在して設けられた3次元構造のメモリデバイスが提案されている。メモリホールは、アスペクト比が大きい。このため、メモリホールを下層まで垂直に加工することが困難である。メモリホールの径は、下層で小さく、上層で大きい。この結果、ワード線の抵抗値は、上層で大きく、下層で小さくなる。ワード線の抵抗値の違いは、例えば、書き込み動作の際、プログラムディスターブ等の誤書き込みを発生させる要因となる。プログラムディスターブを抑制することが、望まれている。 A memory device with a three-dimensional structure is proposed in which a memory hole is formed in a stacked body in which a plurality of electrode layers are stacked, and a charge storage film and a semiconductor film extend in the stacking direction of the stacked body in the memory hole. Has been. Memory holes have a large aspect ratio. For this reason, it is difficult to process the memory hole vertically to the lower layer. The diameter of the memory hole is small in the lower layer and large in the upper layer. As a result, the resistance value of the word line is large in the upper layer and small in the lower layer. The difference in the resistance value of the word line becomes a factor that causes erroneous write such as program disturb during the write operation, for example. It is desirable to suppress program disturb.
実施形態は、プログラムディスターブを抑制できる半導体装置を提供する。 Embodiments provide a semiconductor device capable of suppressing program disturb.
実施形態の半導体装置は、メモリセルユニットと、ビット線と、ソース線と、複数のワード線と、ロウ制御回路と、を含む。メモリセルユニットは、直列に接続された複数のメモリセルを含む。ビット線は、メモリセルユニットの電流通路の一端に、電気的に接続される。ソース線は、メモリセルユニットの電流通路の他端に、電気的に接続される。複数のワード線は、複数のメモリセルのゲート電極それぞれに、電気的に接続される。ロウ制御回路は、複数のワード線に対して、書き込みパルスを出力する。ロウ制御回路が複数のワード線に対して出力する書き込みパルスの波形は、ワード線の位置に応じて、異なる。 The semiconductor device of the embodiment includes a memory cell unit, a bit line, a source line, a plurality of word lines, and a row control circuit. The memory cell unit includes a plurality of memory cells connected in series. The bit line is electrically connected to one end of the current path of the memory cell unit. The source line is electrically connected to the other end of the current path of the memory cell unit. The plurality of word lines are electrically connected to the gate electrodes of the plurality of memory cells. The row control circuit outputs a write pulse to a plurality of word lines. The waveform of the write pulse output from the row control circuit to the plurality of word lines differs depending on the position of the word line.
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。実施形態の半導体装置は、メモリセルアレイを有する半導体記憶装置である。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in each drawing. The semiconductor device of the embodiment is a semiconductor memory device having a memory cell array.
図1は、実施形態の半導体装置の模式ブロック図である。
図1に示すように、半導体装置は、メモリセルアレイ1を含む。メモリセルアレイ1には、例えば、ビット線BL、ワード線WL、ソース線SL、ドレイン側選択トランジスタSTD、メモリセルMC、ソース側選択トランジスタSTSが設けられる。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes a
メモリセルアレイ1の周囲には、カラム制御回路201およびロウ制御回路202が設けられている。カラム制御回路201は、ビット線BLおよびソース線SLを制御し、メモリセルMCからのデータ消去、メモリセルMCへのデータ書き込み、およびメモリセルMCからのデータ読み出しを行う。
A
ロウ制御回路202は、ワード線WLを選択し、メモリセルMCからのデータ消去、メモリセルMCへのデータ書き込み、およびメモリセルMCからのデータ読み出しのために必要な電位を、ドレイン側選択トランジスタSTD、メモリセルMC、およびソース側選択トランジスタSTSのゲート電極に与える。
The
データ入出力バッファ203は、外部のホスト204から、外部I/Oデータを受け取る。データ入出力バッファ203は、書き込みデータの受け取り、コマンドデータの受け取り、アドレスデータの受け取り、および読み出しデータの外部への出力を行う。
The data input / output buffer 203 receives external I / O data from the
データ入出力バッファ203は、受けた書き込みデータを、カラム制御回路201に送る。カラム制御回路201は、メモリセルアレイ1からの読み出しデータを、データ入出力バッファ203に送る。データ入出力バッファ203は、受けた読み出しデータを、外部へと出力する。
The data input / output buffer 203 sends the received write data to the
データ入出力バッファ203は、受けたアドレスデータを、アドレスレジスタ205に送る。アドレスレジスタ205は、受けたアドレスデータを、カラム制御回路201およびロウ制御回路202に送る。
The data input / output buffer 203 sends the received address data to the
コマンドインターフェース(コマンドI/F)206は、ホスト204からの外部制御信号を受ける。コマンドインターフェース(コマンドI/F)206は、受けた外部制御信号に基づいて、データ入出力バッファ203が受けたデータが、書き込みデータなのか、コマンドデータなのか、アドレスデータなのかを判断する。コマンドインターフェース206は、データ入出力バッファ203が受けたデータが、コマンドデータであれば、コマンド信号として、ステートマシン207へと送る。
A command interface (command I / F) 206 receives an external control signal from the
ステートマシン207は、半導体装置の全体の動作を管理する。ステートマシン207は、ホスト204からのコマンドデータを、コマンドインターフェース206を介して受け付け、内部制御信号を出力する。これにより、例えば、書き込み、読み出し、消去、およびデータの入出力の管理などを行う。電圧生成回路208は、内部制御信号に基づいて、書き込み動作、読み出し動作、および消去動作に必要な内部電圧を生成する。ステートマシン207は、ステータス情報を管理する。ステータス情報は、ホスト204へ送ることもできる。ホスト204は、ステータス情報を受け取ることにより、半導体装置の動作状況や、動作結果を判断することができる。
The
図2は、実施形態の半導体装置のメモリセルアレイ1の模式斜視図である。
図2に示すように、メモリセルアレイ1は、積層体100と、複数の柱状部CLと、複数のスリットSTとを有する。積層体100は、ドレイン側選択ゲートSGD、複数のワード線WL、およびソース側選択ゲートSGSを含む。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the
As shown in FIG. 2, the
ソース側選択ゲートSGSは、基板10上に設けられている。基板10は、例えば、半導体基板である。半導体基板は、例えば、シリコンを含む。複数のワード線WLは、ソース側選択ゲートSGS上に設けられている。ドレイン側選択ゲートSGDは、複数のワード線WL上に設けられている。ドレイン側選択ゲートSGD、複数のワード線WL、およびソース側選択ゲートSGSは、電極層である。電極層の積層数は、任意である。
The source side selection gate SGS is provided on the
電極層(SGD、WL、SGS)は、離間して積層されている。電極層(SGD、WL、SGS)の間には、絶縁体40が配置されている。絶縁体40は、シリコン酸化物膜等の絶縁物であってもよく、エアギャップであってもよい。積層体100は、絶縁体40と、電極層(SGD、WL、SGS)とを交互に含む。
The electrode layers (SGD, WL, SGS) are stacked apart. An
ドレイン側選択トランジスタSTDは、ドレイン側選択ゲートSGDの少なくとも1つをゲート電極とする。ソース側選択トランジスタSTSは、ソース側選択ゲートSGSの少なくとも1つをゲート電極とする。ドレイン側選択トランジスタSTDとソース側選択トランジスタSTSとの間には、複数のメモリセルMCが直列に接続されている。メモリセルMCは、ワード線WLの1つをゲート電極とする。 The drain side select transistor STD uses at least one of the drain side select gates SGD as a gate electrode. The source side select transistor STS uses at least one of the source side select gates SGS as a gate electrode. A plurality of memory cells MC are connected in series between the drain side select transistor STD and the source side select transistor STS. The memory cell MC uses one of the word lines WL as a gate electrode.
図3は、メモリストリングMSの等価回路図である。
図3に示すように、メモリストリングMSは、複数のメモリセルMCを含むメモリセルユニットである。メモリストリングMSは、ドレイン側選択トランジスタSTDと、ソース側選択トランジスタSTSと、ドレイン側選択トランジスタSTDとソース側選択トランジスタSTSとの間に直列に接続された複数のメモリセルMCと、を含む。ビット線BLは、メモリストリングMSの電流通路の一端に電気的に接続され、ソース線SLは、メモリストリングMSの電流通路の他端に電気的に接続される。メモリストリングMSは、図2に示す半導体装置の場合、積層体100内に設けられる。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the memory string MS.
As shown in FIG. 3, the memory string MS is a memory cell unit including a plurality of memory cells MC. The memory string MS includes a drain side select transistor STD, a source side select transistor STS, and a plurality of memory cells MC connected in series between the drain side select transistor STD and the source side select transistor STS. The bit line BL is electrically connected to one end of the current path of the memory string MS, and the source line SL is electrically connected to the other end of the current path of the memory string MS. In the case of the semiconductor device shown in FIG. 2, the memory string MS is provided in the
スリットSTは、積層体100内に設けられている。スリットSTは、積層体100内を、積層方向(Z方向)およびX方向に延びる。スリットSTは、積層体100を、Y方向に複数に分離する。スリットSTによって分離された領域は、“ブロック”とよばれる。
The slit ST is provided in the
スリットST内には、ソース線SLが配置される。ソース線SLは、導電体である。ソース線SLは、積層体100から絶縁されており、例えば、Z方向およびX方向に、板状に延びる。ソース線SLの上方には、上層配線80が配置されている。上層配線80はY方向に延びる。上層配線80は、上層配線80は、Y方向に沿って並ぶ複数のソース線SLと電気的に接続される。
A source line SL is disposed in the slit ST. The source line SL is a conductor. The source line SL is insulated from the
柱状部CLは、スリットSTによって分離された積層体100内に設けられている。柱状部CLは、積層方向(Z方向)に延びる。柱状部CLは、例えば、円柱状、もしくは楕円柱状に形成される。柱状部CLは、メモリセルアレイ1内に、例えば、千鳥格子状、もしくは正方格子状に配置される。ドレイン側選択トランジスタSTD、複数のメモリセルMC、およびソース側選択トランジスタSTSは、柱状部CLに配置される。
The columnar part CL is provided in the
柱状部CLの上端部の上方には、複数のビット線BLが配置されている。複数のビット線BLは、Y方向に延びる。柱状部CLの上端部は、コンタクト部Cbを介して、ビット線BLの1つに電気的に接続されている。1つのビット線BLは、各ブロックから1つずつ選ばれた柱状部CLに電気的に接続される。 A plurality of bit lines BL are arranged above the upper end of the columnar part CL. The plurality of bit lines BL extend in the Y direction. The upper end portion of the columnar portion CL is electrically connected to one of the bit lines BL via the contact portion Cb. One bit line BL is electrically connected to a columnar portion CL selected one by one from each block.
図4は、実施形態の半導体装置の柱状部CLの模式断面図である。図5は、最上層ワード線WLnおよび最下層ワード線WL0の模式斜視図である。図6は、図4中の破線枠6内を拡大した模式断面図である。図4は、図2におけるY−Z面に対して平行な断面に対応する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the columnar portion CL of the semiconductor device of the embodiment. FIG. 5 is a schematic perspective view of the uppermost word line WLn and the lowermost word line WL0. FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of the inside of the
図4〜図6に示すように、柱状部CLは、メモリホール(開孔)MH内に設けられている。メモリホールMHは、積層体100のメモリセルアレイ1内に設けられる。メモリホールMHは、積層体100内において、積層体100の積層方向(Z方向)に沿って延びる。柱状部CLは、メモリ膜30、半導体ボディ20、およびコア層50を含む。
As shown in FIGS. 4 to 6, the columnar portion CL is provided in the memory hole (opening) MH. The memory hole MH is provided in the
メモリ膜30は、メモリホールMHの内壁上に設けられている。メモリ膜30の形状は、例えば、筒状である。メモリ膜30は、カバー絶縁膜31、電荷蓄積膜32、およびトンネル絶縁膜33を含む。
The
カバー絶縁膜31は、メモリホールMHの内壁上に設けられている。カバー絶縁膜31は、例えば、シリコン酸化物を含む。カバー絶縁膜31は、ワード線WLを形成するとき、例えば、電荷蓄積膜32を、エッチングから保護する。
The
電荷蓄積膜32は、カバー絶縁膜31上に設けられている。電荷蓄積膜32は、例えば、シリコン窒化物を含む。電荷蓄積膜32は、膜中に、電荷をトラップするトラップサイトを有し、電荷をトラップする。メモリセルMCのしきい値は、トラップした電荷の有無、およびトラップした電荷の量によって変化する。これにより、メモリセルMCは、情報を保持する。
The
トンネル絶縁膜33は、電荷蓄積膜32上に設けられている。トンネル絶縁膜33は、例えば、シリコン酸化物、またはシリコン酸化物とシリコン窒化物とを含む。トンネル絶縁膜33は、電荷蓄積膜32と半導体ボディ20との間の電位障壁である。トンネル絶縁膜33は、半導体ボディ20から電荷蓄積膜32に電荷を注入するとき(書き込み動作)、および電荷蓄積膜32から半導体ボディ20に電荷を放出させるとき(消去動作)、電荷がトンネリングする。
The
積層体100内において、電極層(SGD、WL、SGS)は、メモリ膜30上に設けられている。電極層(SGD、WL、SGS)は、例えば、タングステンを含む。
In the
半導体ボディ20は、電極層(SGD、WL、SGS)とは反対側のメモリ膜30上に設けられている。半導体ボディ20は、例えば、シリコンを含む。シリコンは、例えば、アモルファスシリコンを結晶化させたポリシリコンである。シリコンの導電型は、例えば、P型である。半導体ボディ20の形状は、例えば、底を有する筒状である。半導体ボディ20は、例えば、基板10に電気的に接続される。
The
半導体ボディ20上には、コア層50が設けられている。コア層50は、絶縁性である。コア層50は、例えば、シリコン酸化物を含む。コア層50の形状は、例えば、柱状である。コア層50の上面上には、キャップ層51が設けられている。キャップ層51は、例えば、シリコンを含む。シリコンは、例えば、アモルファスシリコンを結晶化させたポリシリコンである。シリコンの導電型は、例えば、N型である。キャップ層51は、メモリホールMHの上部において、半導体ボディ20と電気的に接続される。
A
メモリホールMHは、メモリ膜30、半導体ボディ20、コア層50、およびキャップ層51によって埋め込まれる。
The memory hole MH is filled with the
積層体100の上面上には、第1絶縁膜81、および第2絶縁膜82が設けられている。第1絶縁膜81は、積層体100上に設けられる。第2絶縁膜82は、第1絶縁膜81上に設けられる。第2絶縁膜82内には、コンタクト部Cbが設けられる。コンタクト部Cbは、例えば、半導体ボディ20およびキャップ層51と電気的に接続される。
A first insulating
メモリホールMHは、アスペクト比が大きい。このため、メモリホールMHを下層まで垂直に加工することは、困難である。したがって、図5に示すように、メモリホールMHの径は、積層体100の下層側で小さく、積層体100の上層で大きくなる。この結果、ワード線WLの抵抗値は、例えば、最上層ワード線WLnにおいて最も高く、最下層ワード線WL0において最も低くなる。抵抗値が低いワード線WLにおいては、ワード線WLとチャネルとの間の電位差(以下、ワード線WLの電圧という)を、パス電圧Vpassから書き込み電圧Vpgmに上昇させたとき、ワード線WLとチャネルとの間に、強い電界が生じやすい。強い電界は、例えば、ワード線WLの電圧を、上昇させた瞬間に、一時的に生じる。電圧が、書き込み電圧Vpgmに上昇されるワード線WLは、選択ワード線と呼ぶ。電圧が、パス電圧Vpassを維持するワード線は、非選択ワード線と呼ぶ。
The memory hole MH has a large aspect ratio. For this reason, it is difficult to process the memory hole MH vertically to the lower layer. Therefore, as shown in FIG. 5, the diameter of the memory hole MH is small on the lower layer side of the
書き込み動作においては、メモリセルMCのしきい値電圧をシフトさせる書き込み(例えば、データ“0”書き込み)と、シフトさせない書き込み(例えば、データ“1”書き込み)とが、ページ(ワード線)単位で同時に行われる。 In the write operation, writing that shifts the threshold voltage of the memory cell MC (for example, data “0” writing) and writing that does not shift (for example, data “1” writing) are performed in units of pages (word lines). Done at the same time.
データ“0”書き込みは、ビット線BLの電圧を、例えば“0V”とする。電圧が“0V”とされるビット線BLは、選択ビット線と呼ぶ。選択ビット線と選択ワード線とに電気的に接続されたメモリセルは、書き込み選択メモリセルと呼ぶ。書き込み選択メモリセルでは、電荷(電子)が電荷蓄積膜32に注入され、しきい値電圧が正の方向シフトする。これにより、書き込み選択メモリセルには、例えば、データ“0”が書き込まれる。
For writing data “0”, the voltage of the bit line BL is set to, for example, “0V”. The bit line BL whose voltage is set to “0V” is called a selected bit line. A memory cell electrically connected to the selected bit line and the selected word line is called a write selected memory cell. In the write selected memory cell, charges (electrons) are injected into the
データ“1”書き込みは、ビット線BLの電圧を、例えば“Vcc”とする。電圧Vccは、例えば、回路内電源電圧である。電圧が“Vcc”とされるビット線BLは、非選択ビット線と呼ぶ。非選択ビット線と選択ワード線とに電気的に接続されたメモリセルは、書き込み非選択メモリセルと呼ぶ。書き込み非選択メモリセルでは、電荷(電子)が電荷蓄積膜32に注入されない。このため、しきい値電圧は、元の状態を維持する。これにより、書き込み非選択メモリセルは、例えば、データ“1”(例えば、消去状態)を維持する。
For writing data “1”, the voltage of the bit line BL is set to, for example, “Vcc”. The voltage Vcc is, for example, an in-circuit power supply voltage. The bit line BL whose voltage is set to “Vcc” is called a non-selected bit line. A memory cell electrically connected to the unselected bit line and the selected word line is called a write unselected memory cell. In the write non-selected memory cell, charges (electrons) are not injected into the
このように書き込み非選択メモリセルにおいては、書き込み動作において、電荷(電子)が電荷蓄積膜32に注入されてはならない。しかしながら、書き込み非選択メモリセルが、抵抗値が低いワード線(例えば、ワード線WL0)に接続されていると、電荷(電子)が電荷蓄積膜32に注入されてしまう可能性がある。抵抗値が低いワード線WL、例えば、ワード線WL0とチャネルとの間には、ワード線WL0の電圧を書き込み電圧Vpgmに上昇させた瞬間に、一時的ではありながらも、強い電界が生じる可能性があるためである。書き込み動作において、書き込み非選択メモリセルの電荷値蓄積膜に、意図せぬ電荷(電子)が注入され、しきい値電圧が正の方向へシフトする現象は、プログラムディスターブと呼ばれる。プログラムディスターブは、誤書き込みの1つである。
Thus, in the write non-selected memory cell, charges (electrons) must not be injected into the
図7は、メモリセルアレイ1の等価回路図である。図7には、書き込み動作における電圧例が示されている。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the
図7に示すように、選択ワード線は、例えば、最下層ワード線WL0とする。最下層ワード線WL0は、例えば、メモリセルMCa〜MCcのゲート電極に接続される。
選択ビット線は、例えば、ビット線BLmとする。選択ビット線BLmには、電圧0Vが供給される。
非選択ビット線は、例えば、ビット線BLm+1、およびBLm−1とする。非選択ビット線BLm+1、およびBLm−1には、電圧0Vよりも高い、電圧Vccが供給される。
書き込み選択メモリセルは、メモリセルMCbである。書き込み選択メモリセルMCbには、例えば、データ“0”が書き込まれる。
書き込み非選択メモリセルは、メモリセルMCa、およびMCcである。書き込み非選択メモリセルMCa、およびMCcは、例えば、データ“1”(例えば、消去状態)を維持する。
As shown in FIG. 7, the selected word line is, for example, the lowermost word line WL0. For example, the lowermost word line WL0 is connected to the gate electrodes of the memory cells MCa to MCc.
The selected bit line is, for example, the bit line BLm. A voltage of 0 V is supplied to the selected bit line BLm.
The non-selected bit lines are, for example, bit lines BLm + 1 and BLm−1. The unselected bit lines BLm + 1 and BLm−1 are supplied with a voltage Vcc higher than the voltage 0V.
The write selection memory cell is the memory cell MCb. For example, data “0” is written in the write selection memory cell MCb.
Write non-selected memory cells are memory cells MCa and MCc. The write unselected memory cells MCa and MCc maintain, for example, data “1” (for example, erased state).
最下層ワード線WL0の電圧を、パス電圧Vpassから書き込み電圧Vpgmに上昇させると、メモリセルMCbのゲート電極とチャネルとの間には、大きい電位差がかかる。したがって、メモリセルMCbの電荷蓄積膜32には、電子が注入される。
When the voltage of the lowermost word line WL0 is increased from the pass voltage Vpass to the write voltage Vpgm, a large potential difference is applied between the gate electrode and the channel of the memory cell MCb. Therefore, electrons are injected into the
これに対して、メモリセルMCa、およびMCcのゲート電極とチャネルとの間には、メモリセルMCbほど、大きい電位差はかからない。このため、メモリセルMCa、およびMCcの電荷蓄積膜32には、電子が注入されない。
On the other hand, a potential difference as large as that of the memory cell MCb is not applied between the gate electrodes and the channels of the memory cells MCa and MCc. For this reason, electrons are not injected into the
しかしながら、最下層ワード線WL0の抵抗値は、低い。このため、ワード線WL0の電圧をパス電圧Vpassから書き込み電圧Vpgmに上昇させた瞬間に、メモリセルMCa、およびMCcのゲート電極(WL0)とチャネルとの間に、強い電界が、一時的に加わる可能性がある。データ“1”、もしくは現状のしきい値電圧を保つメモリセルMCa、MCcに、強い電界が一時的であっても加わると、電荷蓄積膜32中に電子が注入され、しきい値電圧が、高い方向にシフトする。プログラムディスターブである。
However, the resistance value of the lowermost word line WL0 is low. Therefore, at the moment when the voltage of the word line WL0 is increased from the pass voltage Vpass to the write voltage Vpgm, a strong electric field is temporarily applied between the gate electrodes (WL0) of the memory cells MCa and MCc and the channel. there is a possibility. When a strong electric field is applied to the data “1” or the memory cells MCa and MCc that maintain the current threshold voltage even temporarily, electrons are injected into the
そこで、実施形態では、積層体100内のワード線WLの位置に応じて、ワード線WL0〜WLnを、少なくとも2つ以上のグループに分ける。実施形態では、例えば、グループG0と、グループG1とに分けている。グループG0は、積層体100の下層側にある。グループG1は、グループG0よりも積層体100の上層側にある。積層体100の下層側にあるグループG0に属するワード線WLが有する抵抗値は、グループG1のそれよりも低い。積層体100の上層側にあるグループG1に属するワード線WLが有する抵抗値は、グループG0のそれよりも高い。ワード線WLが有する抵抗値とは、例えば、加工バラツキに起因した抵抗値のバラツキを含む、抵抗値である。
Therefore, in the embodiment, the word lines WL0 to WLn are divided into at least two groups according to the position of the word line WL in the
グループG0は、最下層ワード線WL0から上層へ向かって複数のワード線WLが属する。実施形態では、ワード線WL0〜WL3が属する。グループG1は、最上層ワード線WLnから下層へ向かって複数本のワード線WLが属する。実施形態では、ワード線WLn、WLn−1、…WL4が属する。グループに属するワード線WLの数は、任意である。グループに属するワード線WLの数は、1本以上であればよい。 In the group G0, a plurality of word lines WL belong from the lowermost word line WL0 to the upper layer. In the embodiment, the word lines WL0 to WL3 belong. In the group G1, a plurality of word lines WL belong from the uppermost word line WLn to the lower layer. In the embodiment, the word lines WLn, WLn−1,... WL4 belong. The number of word lines WL belonging to the group is arbitrary. The number of word lines WL belonging to the group may be one or more.
グループ分けの一例は、メモリストリングMSに含まれた全てのワード線WL0〜WLnの抵抗値の平均値から、例えば、抵抗値が5%以上低いワード線WLを含むグループと、それ以外のワード線WLを含むグループである。ただし、グループの数は、2つに限られることはない。グループの数は、3つ以上であってもよい。例えば、平均値から、例えば、抵抗値が5%以上7%未満の範囲で低いワード線WLを含むグループと、平均値から、例えば、抵抗値が7%以上低いワード線WLを含むグループと、それ以外のワード線WLと、のように3つのグループに分けてもよい。 An example of the grouping is a group including a word line WL whose resistance value is 5% or more lower than the average value of resistance values of all the word lines WL0 to WLn included in the memory string MS, and other word lines. It is a group that includes WL. However, the number of groups is not limited to two. The number of groups may be three or more. For example, from the average value, for example, a group including a word line WL having a low resistance value in a range of 5% to 7%, and from the average value, for example, a group including a word line WL having a resistance value of 7% or more lower. Other word lines WL may be divided into three groups.
図8は、グループG1の書き込みパルスの波形を示す模式図である。図9は、グループG0の書き込みパルスの波形を示す模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing the waveform of the write pulse of group G1. FIG. 9 is a schematic diagram showing the waveform of the write pulse of group G0.
図8および図9に示すように、実施形態では、データの書き込み動作時に、ワード線WLに与える電圧の波形(書き込みパルスの波形)を、グループG0と、グループG1とで変える。したがって、書き込みパルスの波形は、グループG0と、グループG1とで、異なる。書き込みパルスは、図1に示した、例えば、ロウ制御回路202から、ワード線WL0〜WLnに対して出力される。図8および図9に示す波形は、書き込み選択されたワード線における書き込みパルスの波形である。書き込み非選択のワード線においては、書き込み電圧Vpgmに上昇させずに、例えば、パス電圧Vpassを維持する。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the embodiment, the waveform of the voltage (the waveform of the write pulse) applied to the word line WL during the data write operation is changed between the group G0 and the group G1. Therefore, the waveform of the write pulse differs between the group G0 and the group G1. The write pulse is output from the
書き込みパルスの波形は、例えば、ワード線WLの電圧が、パス電圧Vpassから書き込み電圧Vpgmに到達するまでの立ち上がり時間tbを変えることで、変化される。最終的に到達する書き込み電圧Vpgmの値は、グループG1とグループG2とで、例えば、同じである。 The waveform of the write pulse is changed, for example, by changing the rise time tb until the voltage of the word line WL reaches the write voltage Vpgm from the pass voltage Vpass. The value of the finally reached write voltage Vpgm is, for example, the same in the group G1 and the group G2.
実施形態では、グループG0の立ち上がり時間tb0は、グループG1の立ち上がり時間tb1よりも長い。グループG0の書き込みパルスの波形においては、パス電圧Vpassから書き込み電圧Vpgmまでの立ち上がりが、グループG1に比較して、緩やかになる。 In the embodiment, the rise time tb0 of the group G0 is longer than the rise time tb1 of the group G1. In the waveform of the write pulse of the group G0, the rise from the pass voltage Vpass to the write voltage Vpgm is gentle compared to the group G1.
グループG0は、抵抗値が低いワード線WLを含む。グループG1は、抵抗値が高いワード線WLを含む。抵抗値が低いワード線WLを含むグループG0においては、抵抗値が高いワード線を含むグループG1よりも、立ち上がり時間tbを遅くする(tb0>tb1)。立ち上がり時間tb0の一例は、立ち上がり時間tb1よりも、例えば、20%以上遅くする、である(tb0≧1.2×tb1)。ただし、立ち上がり時間tb0を、遅くしすぎると、データ“0”を書き込む、もしくはしきい値電圧を、現状の値よりも高い方向にシフトさせるメモリセルMCにおいて、電荷蓄積膜32に電子が注入され難くなる。したがって、立ち上がり時間tb0の遅れの最大値は、データ“0”を書き込む、もしくはしきい値電圧を、現状の値よりも高い方向にシフトさせるメモリセルMCの電荷蓄積膜32に、十分に電子が注入可能な値まで、とされる。
Group G0 includes a word line WL having a low resistance value. Group G1 includes word lines WL having a high resistance value. In the group G0 including the word line WL having a low resistance value, the rise time tb is delayed (tb0> tb1) compared to the group G1 including the word line having a high resistance value. An example of the rise time tb0 is, for example, 20% or more later than the rise time tb1 (tb0 ≧ 1.2 × tb1). However, if the rise time tb0 is set too late, electrons are injected into the
このように、グループG0の立ち上がり時間tb0を変化させることで、立ち上がり時間tb0を変化させない場合に比較して、抵抗値が低いワード線WL、例えば、最下層ワード線WL0に接続されたメモリセルMCにおいて、強い電界が一時的に加わる可能性を、軽減することができる。 In this way, by changing the rise time tb0 of the group G0, the memory cell MC connected to the word line WL having a lower resistance value, for example, the lowermost word line WL0, compared to the case where the rise time tb0 is not changed. , The possibility of applying a strong electric field temporarily can be reduced.
したがって、実施形態によれば、書き込みパルスの波形を変化させない半導体装置に比較して、抵抗値が低いワード線WL、例えば、最下層ワード線WL0に接続され、データ“1”、もしくは現状のしきい値電圧を保つメモリセルMCに対する、プログラムディスターブの発生を抑制できる。 Therefore, according to the embodiment, compared to a semiconductor device in which the waveform of the write pulse is not changed, the word line WL having a low resistance value, for example, the lowermost word line WL0 is connected to the data “1” or the current state. It is possible to suppress the occurrence of program disturb for the memory cell MC that maintains the threshold voltage.
図10は、実施形態の半導体装置の第1回路例を概略的に示す模式回路図である。第1回路例は、ポンプ回路の昇圧速度を変化させる例である。 FIG. 10 is a schematic circuit diagram schematically illustrating a first circuit example of the semiconductor device of the embodiment. The first circuit example is an example in which the boosting speed of the pump circuit is changed.
図10に示すように、電圧生成回路208は、ポンプ回路210を含む。ポンプ回路210は、書き込みパルスに使用される昇圧電圧を生成する。ポンプ回路210は、第1ポンプ回路210aと、第2ポンプ回路210回路とを含む。第1ポンプ回路210aの昇圧速度は、第2ポンプ回路210bの昇圧速度よりも速い。第2ポンプ回路210bの昇圧速度は、第1ポンプ回路210aの昇圧速度よりも遅い。
As shown in FIG. 10, the
第1ポンプ回路210aは、書き込みパルスに使用される昇圧電圧を、ロウ制御回路202を介して、グループG1に属するワード線WL4〜WLnに供給する。第2ポンプ回路210bは、書き込みパルスに使用される昇圧電圧を、ロウ制御回路202を介して、グループG0に属するワード線WL0〜WL3に供給する。
The
第1回路例では、1つの回路例として、第1ポンプ回路210aおよび第2ポンプ回路210bからの昇圧電圧を、ロウ制御回路202に含まれたデコード回路部211に、供給する。デコード回路部211は、アドレスデータ(ロウアドレス)をデコードし、選択されたワード線WLの電圧を、例えば、パス電圧Vpassから、書き込み電圧Vpgmとする。書き込み電圧Vpgmは、例えば、ブロック選択信号BLKSELをゲートに受けるブロック選択トランジスタ部212を介して、選ばれたワード線WLに供給される。
In the first circuit example, as one circuit example, the boosted voltage from the
第1回路例では、第1ポンプ回路210aの昇圧速度よりも、第2ポンプ回路210bの昇圧速度が遅い。したがって、ループG0に属するワード線WL0〜WL3には、図9に示したような書き込みパルスを、グループG1に属するワード線WL4〜WLnには、図8に示したような書き込みパルスを、それぞれロウ制御回路202を介して、供給することができる。
In the first circuit example, the boosting speed of the
図11は、実施形態の半導体装置の第2回路例を概略的に示す模式回路図である。第2回路例は、ロウ制御回路202とワード線WLとの間の時定数を変化させる例である。
FIG. 11 is a schematic circuit diagram schematically illustrating a second circuit example of the semiconductor device of the embodiment. The second circuit example is an example in which the time constant between the
図11に示すように、ロウ制御回路電圧生成回路208は、遅延回路213を含む。遅延回路213は、例えば、RC回路である。なお、図11では、抵抗Rは省略し、容量Cのみを示す。第2回路例では、遅延回路213は、デコード回路部211と、ブロック選択トランジスタ部212との間に、設けられている。遅延回路213は、グループG0に属するワード線WL0〜WL3に電気的に接続される。遅延回路213は、例えば、容量Cを含む。容量Cの一方の電極は、配線214に、電気的に接続される。配線214は、デコード回路部211の出力と、ブロック選択トランジスタ部212の電流通路の一端とを接続する。容量Cの他方の電極は、例えば、回路内接地電位Vss(例えば、0V)に、電気的に接続される。
As shown in FIG. 11, the row control circuit
デコード回路部211の出力から出力された書き込み電位Vpgmは、ワード線WL0〜WL3に伝わる前に、遅延回路213の容量Cを充電する。例えば、この充電期間に応じて、立ち上がり時間tb0は、立ち上がり時間tb1よりも遅れる。したがって、第2回路例においても、グループG0に属するワード線WL0〜WL3には、図9に示したような書き込みパルスを、グループG1に属するワード線WL4〜WLnには、図8に示したような書き込みパルスを、それぞれロウ制御回路202を介して、供給することができる。
The write potential Vpgm output from the output of the
第2回路例において、遅延回路213は、ワード線WL0〜WL3に対して設けるようにしたが、遅延回路213は、ワード線WL0〜WLnの全てに対して設けることも可能である。この場合には、遅延回路213による遅延量は、第2グループG1よりも、第1グループG1のほうが大きくなるように設定する。遅延量を大きくするには、例えば、ワード線WLに接続される容量Cのキャパシタンスを大きくすればよい。容量Cのキャパシタンスを大きくするには、容量Cの平面面積を大きくすればよい。あるいは、容量Cの平面面積が同じならば、ワード線WLと回路内接地電位Vssとの間に並列接続される容量Cの数を多くすればよい。
In the second circuit example, the
また、第2回路例において、遅延回路213は、デコード回路部211の出力と、ブロック選択トランジスタ部212の電流通路の一端とを接続する配線214に設けた。しかし、遅延回路213は、ブロック選択トランジスタ部212の電流通路の他端と、メモリセルアレイ1との間に設けるようにしてもよい。
In the second circuit example, the
実施形態によれば、誤書き込み、特に、プログラムディスターブを抑制できる半導体装置を提供できる。
また、実施形態のワード線WLの抵抗値は、加工バラツキに起因した抵抗値のバラツキを含む。このため、実施形態によれば、加工バラツキに対してロバストな半導体装置を提供できる。
According to the embodiment, it is possible to provide a semiconductor device capable of suppressing erroneous writing, in particular, program disturb.
In addition, the resistance value of the word line WL according to the embodiment includes a variation in resistance value due to processing variation. For this reason, according to the embodiment, it is possible to provide a semiconductor device that is robust against processing variations.
以上、実施形態について説明した。しかし、実施形態は、上記実施形態に限られるものではなく、上記実施形態が唯一のものでもない。実施形態は、プレーナ型のメモリデバイスにも適用できる。 The embodiment has been described above. However, the embodiment is not limited to the above embodiment, and the above embodiment is not the only one. The embodiment can also be applied to a planar memory device.
また、プログラムディスターブによるメモリセルMCのしきい値電圧の上昇を抑制できる実施形態は、1つのメモリセルMCに、2値を超える情報を記憶する多値メモリに、特に有効である。 The embodiment that can suppress the increase in the threshold voltage of the memory cell MC due to program disturb is particularly effective for a multi-level memory that stores information exceeding two values in one memory cell MC.
BL…ビット線、WL…ワード線、SL…ソース線、STD…ドレイン側選択トランジスタ、SGD…ドレイン側選択ゲート、MC…メモリセル、STS…ソース側選択トランジスタ、SGS…ソース側選択ゲート、MS…メモリストリング、CL…柱状部、Cb…コンタクト部、MH…メモリホール、ST…スリット、1…メモリセルアレイ、10…基板、20…半導体ボディ、30…メモリ膜、31…カバー絶縁膜、32…電荷蓄積膜、33…トンネル絶縁膜、40…絶縁体、51…キャップ層、80…上層配線、100…積層体、201…カラム制御回路、202…ロウ制御回路、203…データ入出力バッファ、204…ホスト、205…アドレスレジスタ、206…コマンドインターフェース、207…ステートマシン、208…電圧生成回路、210…ポンプ回路、210a…第1ポンプ回路、210b…第2ポンプ回路、211…デコード回路部、212…ブロック選択トランジスタ部、213…遅延回路
BL ... bit line, WL ... word line, SL ... source line, STD ... drain side select transistor, SGD ... drain side select gate, MC ... memory cell, STS ... source side select transistor, SGS ... source side select gate, MS ... Memory string, CL ... columnar portion, Cb ... contact portion, MH ... memory hole, ST ... slit, 1 ... memory cell array, 10 ... substrate, 20 ... semiconductor body, 30 ... memory film, 31 ... cover insulating film, 32 ...
Claims (11)
前記メモリセルユニットの電流通路の一端に、電気的に接続される、ビット線と、
前記メモリセルユニットの電流通路の他端に、電気的に接続される、ソース線と、
前記複数のメモリセルのゲート電極それぞれに、電気的に接続される、複数のワード線と、
前記複数のワード線に対して、書き込みパルスを出力する、ロウ制御回路と、
を備え、
前記ロウ制御回路が前記複数のワード線に対して出力する前記書き込みパルスの波形は、前記ワード線の位置に応じて、異なる、半導体装置。 A memory cell unit including a plurality of memory cells connected in series;
A bit line electrically connected to one end of a current path of the memory cell unit;
A source line electrically connected to the other end of the current path of the memory cell unit;
A plurality of word lines electrically connected to each of the gate electrodes of the plurality of memory cells;
A row control circuit for outputting a write pulse to the plurality of word lines;
With
The semiconductor device, wherein a waveform of the write pulse output from the row control circuit to the plurality of word lines differs according to a position of the word line.
前記書き込みパルスの波形は、前記グループごとに異なる、請求項1記載の半導体装置。 The plurality of word lines are divided into at least two groups according to the position of the word lines,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a waveform of the write pulse is different for each group.
前記第1グループのワード線は、前記第2グループのワード線よりも抵抗値が低く、
前記第1グループの立ち上がり時間は、前記第2グループの立ち上がり時間よりも遅い、請求項3記載の半導体装置。 The group includes a first group and a second group;
The first group of word lines has a lower resistance value than the second group of word lines,
The semiconductor device according to claim 3, wherein a rise time of the first group is slower than a rise time of the second group.
前記複数のメモリセルは、前記積層体内に、前記積層体の積層方向に沿って設けられた、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。 The memory unit is provided in a stacked body in which electrode layers and insulators are alternately stacked,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of memory cells are provided in the stacked body along a stacking direction of the stacked body.
前記複数のメモリセルは、前記積層体内に、前記積層体の積層方向に沿って設けられ、
前記第1グループは、前記積層体の下層側にあり、
前記第2グループは、前記第1グループよりも前記積層体の上層側にある、請求項4〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。 The memory unit is provided in a stacked body in which electrode layers and insulators are alternately stacked,
The plurality of memory cells are provided in the stacked body along a stacking direction of the stacked body,
The first group is on the lower layer side of the laminate,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the second group is on an upper layer side of the stacked body than the first group.
前記電圧生成回路は、前記書き込みパルスに使用される昇圧電圧を生成するポンプ回路を備え、
前記ポンプ回路は、第1ポンプ回路と、昇圧速度が前記第1ポンプ回路よりも遅い第2ポンプ回路と、を含み、
前記第1ポンプ回路は、前記書き込みパルスに使用される昇圧電圧を、前記ロウ制御回路を介して、前記第2グループに供給し、
前記第2ポンプ回路は、前記書き込みパルスに使用される昇圧電圧を、前記ロウ制御回路を介して、前記第1グループに供給する、請求項4〜9のいずれか1つに記載の半導体装置。 A voltage generation circuit;
The voltage generation circuit includes a pump circuit that generates a boosted voltage used for the write pulse,
The pump circuit includes a first pump circuit, and a second pump circuit whose boosting speed is slower than that of the first pump circuit,
The first pump circuit supplies a boosted voltage used for the write pulse to the second group via the row control circuit,
10. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second pump circuit supplies a boosted voltage used for the write pulse to the first group via the row control circuit. 11.
前記遅延回路による遅延量は、前記第2グループよりも、前記第1グループのほうが大きい、請求項4〜9のいずれか1つに記載の半導体装置。 The row control circuit includes a delay circuit electrically connected to the word line,
10. The semiconductor device according to claim 4, wherein a delay amount of the delay circuit is larger in the first group than in the second group.
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