JP6441250B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
第1実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。
1.1.1 半導体記憶装置の構成について
第1実施形態に係る半導体記憶装置の構成例について、図1を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る半導体記憶装置の構成の一例を示すブロック図である。
次に、第1実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイ10の構成について、図2を用いて説明する。図2は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1のメモリセルアレイ10の構成を説明するための回路図の一例である。
次に、第1実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布について説明する。図4は、第1実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布の一例を示すダイアグラムである。
次に、第1実施形態に係る半導体記憶装置に適用されるゾーンについて説明する。図6は、第1実施形態に係る半導体記憶装置の電圧生成回路の構成の一例を示すブロック図である。
次に、第1実施形態に係る半導体記憶装置におけるデータの書込み動作について説明する。図8は、第1実施形態に係る半導体記憶装置のデータの書込み動作の一例を示すフローチャートである。以下の説明では、ブロックBLK、ストリングユニットSU、NANDストリングNS、及びメモリセルトランジスタMTの各々がプログラム動作又はプログラムベリファイ動作の対象である場合、各々の名称に「選択」を付す。また、プログラム動作又はプログラムベリファイ動作の対象でない場合、各々の名称に「非選択」を付す。同様に、選択メモリセルトランジスタMTが接続されるワード線WLを選択ワード線WL、非選択メモリセルトランジスタMTが接続されるワード線WLを非選択ワード線WLと言う。なお、プログラムベリファイ動作においては、図7に示す如きダイアグラムの内容を含むゾーンテーブルが適用されるものとする。
第1実施形態によれば、データ読出しの際に閾値電圧が過度にばらついている状態になることを抑制出来る。本効果につき、以下説明する。
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第2実施形態に係る半導体記憶装置は、図9で説明したような端部の閾値電圧のみが大きく変動している場合だけでなく、端部以外においても閾値電圧が分布変動を補正する必要がある場合において、データ読出しの際に閾値電圧が過度にばらついている状態になることを抑制するものである。以下では、第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
2.1.1 メモリセルアレイの構成について
第2実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの構成について、図11を用いて説明する。図11は、第2実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの一部の断面構造の一例を示している。特に、図11は、図3と同様に、1つのブロックBLK内の2つのストリングユニットSUのそれぞれのストリングNS、及び関連する部分を示している。
次に、第2実施形態に係る半導体記憶装置において適用されるゾーンについて説明する。図12は、第2実施形態に係る半導体記憶装置の電圧生成回路の構成の一例を示すブロック図である。
図14は、第2実施形態に係る半導体記憶装置1のベリファイ電圧を補正しない場合におけるワード線毎の閾値電圧の分布の一例を示すダイアグラムである。図14では、半導体記憶装置1の全てのメモリセルトランジスタMTに対して同一のベリファイ電圧Vverify21を用いてデータ書込みされる。その後、データ読出しの際の閾値電圧が、ワード線毎に分類されて示されている。図14に示すように、同一のベリファイ電圧Vverify21が用いられた場合、NANDストリングNSの閾値電圧は、端部領域A20から端部領域A23に向かうほど減少している。具体的には、中央領域A21の閾値電圧は、ベリファイ電圧Vverify21付近に分布している。端部領域A20の閾値電圧は、ベリファイ電圧Vverify21に対して大きく増加している。一方、中央領域A22及び端部領域A23の閾値電圧は、ベリファイ電圧Vverify21に対して減少している。端部領域A23の閾値電圧は、中央領域A22の閾値電圧に対して更に大きく減少している。このような場合、中央領域21Aの閾値電圧に対する他の領域の閾値電圧の分布変動は、端部領域A20及びA22のみならず、中央領域A22においても大きくなってしまう。
次に、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。第3実施形態に係る半導体記憶装置のNANDストリングは、1本の柱状の形状ではなくU字形状となる場合において、データ読出しの際の閾値電圧の分布変動を低減するものである。以下の説明では、第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第3実施形態に係る半導体記憶装置のNANDストリングNSの構成について、図16を用いて説明する。図16は、第3実施形態に係る半導体記憶装置のNANDストリングの一部の断面構造の一例を示している。特に、図16は、図3と同様に、1つのブロックBLK内の2つのストリングユニットSUのそれぞれのNANDストリングNS、及び関連する部分を示している。
次に、第3実施形態に係る半導体記憶装置において適用されるゾーンについて説明する。図17は、第3実施形態に係る半導体記憶装置の電圧生成回路の構成の一例を示すブロック図である。
図19は、第3実施形態に係る半導体記憶装置1のベリファイ電圧を補正しない場合におけるワード線毎の閾値電圧の分布の一例を示すダイアグラムである。図19では、半導体記憶装置1の全てのメモリセルトランジスタMTに対して同一のベリファイ電圧Vverify31を用いてデータ書込みされる。その後、データ読出しの際の閾値電圧が、ワード線毎に分類されて示されている。同一のベリファイ電圧Vverify31が用いられた場合、図19に示すように、NANDストリングNSの閾値電圧は、メモリホールMH1に対応する端部領域A30から端部領域A33までの範囲と、メモリホールMH2に対応する端部領域A34から端部領域A37までの範囲とで対称に変動している。具体的には、中央領域A31及びA36の閾値電圧は、ベリファイ電圧Vverify31付近に分布している。端部領域A30及びA37の閾値電圧は、ベリファイ電圧Vverify31に対して大きく減少している。一方、中央領域A32及びA35、並びに端部領域A33及びA34の閾値電圧は、ベリファイ電圧Vverify31に対して減少している。特に、端部領域A33及びA34は、中央領域A32及びA35の閾値電圧に対して更に大きく減少している。これは、2つのメモリホールMH1及びMH2がZ方向に同一の変動傾向を示す閾値電圧特性を有するためである。
実施形態は、上述の第1乃至第3実施形態で述べた形態に限らず、種々の変形が可能である。
図21は、第1変形例に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの一部の断面構造の一例を示している。図21に示すように、複数のメモリホールMHの径は、図3で説明したようなメモリホールMHの中央付近の径が大きくなるボーイング形状ではなく、中央付近の径が小さくなるボーイング形状を有していてもよい。具体的には、メモリホールMHの径は、配線層22(WL23)付近において最も小さくなり、端部に近づくにつれて大きくなる。また、メモリホールMHの径の変化率は、配線層22(WL23)から配線層22(WL0)へ向かう場合と、配線層22(WL23)から配線層22(WL47)へ向かう場合とで異なる。具体的には、メモリホールMHの径は、配線層22(WL47)の方が配線層22(WL0)より大きい。
図23は、第2変形例に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの一部の断面構造の一例を示している。図23に示すように、複数のメモリホールMHの径は、図11で説明したような下方から上方に向けて大きくなるテーパ形状ではなく、上方から下方に向けて大きくなるテーパ形状を有する。具体的には、メモリホールMHの径は、配線層22(WL0)において最も大きく、配線層22(WL47)において最も小さくなる。このため、閾値電圧の特性の変化の仕方は、第2実施形態と異なり得る。具体的には、閾値電圧の特性は、Z方向に沿って第2実施形態と反対の方向に変動し得る。
第1乃至第3実施形態、並びに第1及び第2変形例は、各メモリセルトランジスタMTが2ビットのデータ(4-level data)を記憶出来るマルチレベルセル(MLC:Multi-Level Cell)について説明したが、これに限られない。例えば、メモリセルトランジスタMTは、2ビットを超えるデータを記憶できる。3ビットのデータを記憶できるTLC(Triple-Level Cell)、4ビットのデータを記憶できるQLC(Quadruple-Level Cell)、又は5ビット以上のデータを記憶できるセルでもよい。また、NANDストリングNSは、MLCに限らず、1ビットのデータを記憶するメモリセルトランジスタMT(SLC:Single-Level Cell)を含んでもよい。SLCのメモリセルトランジスタMTは、例えば、NANDストリングNSの端部に設けられる。この場合、第1乃至第3実施形態、並びに第1及び第2変形例において設定されるゾーンテーブルは、MLCにのみ設定されてもよい。これにより、データ読出しの際の閾値電圧の分布に対する要求がSLCよりも厳しいMLCについて、適切な補正が実行できる。
Claims (6)
- 第1メモリセルトランジスタを含むメモリセルトランジスタの第1組と、
前記第1メモリセルトランジスタの上方に設けられる第2メモリセルトランジスタを含むメモリセルトランジスタの第2組と、
を含むNANDストリングを備え、
前記第1組に含まれるメモリセルトランジスタは、前記NANDストリングの最下層のメモリセルトランジスタを含み、前記第1組に含まれるメモリセルトランジスタの数は、前記第2組に含まれるメモリセルトランジスタの数よりも少なく、
或るレベルのデータが前記第1組内の或るメモリセルトランジスタ及び前記第2組内の或るメモリセルトランジスタに書込まれる場合のプログラムベリファイ動作の際に、
前記第1組内の或るメモリセルトランジスタは、ゲートに第1ベリファイ電圧が印加され、
前記第2組内の或るメモリセルトランジスタは、ゲートに前記第1ベリファイ電圧と異なる第2ベリファイ電圧が印加される、
半導体記憶装置。 - 前記NANDストリングは、前記第2メモリセルトランジスタの上方に設けられる第3メモリセルトランジスタを含むメモリセルトランジスタの第3組を更に備え、
前記第3組に含まれるメモリセルトランジスタは、前記NANDストリングの最上層のメモリセルトランジスタを含み、前記第3組に含まれるメモリセルトランジスタの数は、前記第2組に含まれるメモリセルトランジスタの数よりも少なく、
或るレベルのデータが前記第2組内の或るメモリセルトランジスタ及び前記第3組内の或るメモリセルトランジスタに書込まれる場合のプログラムベリファイ動作の際に、前記第3組内の或るメモリセルトランジスタは、ゲートに前記第2ベリファイ電圧と異なる第3ベリファイ電圧が印加される、
請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記NANDストリングは、前記第1メモリセルトランジスタの下方に設けられるバックゲートトランジスタを更に備え、
前記第1組は、前記バックゲートトランジスタの上方において、前記第1メモリセルトランジスタと同一の階層に設けられる第4メモリセルトランジスタを更に含み、
前記第2組は、前記第4メモリセルトランジスタの上方において、前記第2メモリセルトランジスタと同一の階層に設けられる第5メモリセルトランジスタを更に含む、
請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記NANDストリングは、前記第2メモリセルトランジスタの上方に設けられる第3メモリセルトランジスタ、及び前記第5メモリセルトランジスタの上方において前記第3メモリセルトランジスタと同一の階層に設けられる第6メモリセルトランジスタ、を含む第3組を更に備え、
前記第3組に含まれるメモリセルトランジスタの数は、前記第2組に含まれるメモリセルトランジスタの数よりも少なく、
或るレベルのデータが前記第2組内の或るメモリセルトランジスタ及び前記第3組内の或るメモリセルトランジスタに書込まれる場合のプログラムベリファイ動作の際に、前記第3組内の或るメモリセルトランジスタは、ゲートに前記第2ベリファイ電圧と異なる第3ベリファイ電圧が印加される、
請求項3記載の半導体記憶装置。 - 前記NANDストリングは、ボーイング形状である、請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記NANDストリングは、テーパ形状である、請求項1記載の半導体記憶装置。
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