KR102466225B1 - Three dimensional flash memory improving leakage current of gsl and operation method thereof - Google Patents

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Abstract

COP 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리에서 GSL의 누설 전류를 개선하기 위한 기술이 제안된다. 일 실시예에 따르면, COP 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리는, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 순차적으로 적층되는 복수의 워드 라인들; 상기 복수의 워드 라인들의 하단에 위치하는 GSL(Ground Selection Line); 및 상기 복수의 워드 라인들 및 상기 GSL을 관통하여 상기 기판 상 수직 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링-상기 적어도 하나의 스트링은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함하고, 상기 전하 저장층은 상기 복수의 워드 라인들에 대응하는 위치로부터 상기 GSL에 대응하는 위치까지 연장 형성됨-을 포함하고, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은, 프로그램된 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.A technique for improving the leakage current of GSL in a 3D flash memory to which a COP structure is applied is proposed. According to one embodiment, a three-dimensional flash memory to which a COP structure is applied may include a plurality of word lines extending in a horizontal direction on a substrate and sequentially stacked; Ground Selection Lines (GSLs) positioned below the plurality of word lines; and at least one string extending in a vertical direction on the substrate through the plurality of word lines and the GSL, wherein the at least one string extends in the vertical direction and surrounds the channel layer. and a charge storage layer extending in a vertical direction, wherein the charge storage layer extends from a position corresponding to the plurality of word lines to a position corresponding to the GSL, and among the charge storage layer, the GSL The area corresponding to is maintained in a programmed state.

Description

GSL의 누설 전류를 개선하는 3차원 플래시 메모리 및 그 동작 방법{THREE DIMENSIONAL FLASH MEMORY IMPROVING LEAKAGE CURRENT OF GSL AND OPERATION METHOD THEREOF}Three-dimensional flash memory that improves the leakage current of GSL and its operation method

아래의 실시예들은 3차원 플래시 메모리에 관한 것으로, 보다 상세하게는, COP(Cell On Peri) 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리에서 GSL(Ground Selection Line)의 누설 전류(Leakage current)를 개선하는 기술이다.The following embodiments relate to a 3D flash memory, and more particularly, to a technology for improving leakage current of a ground selection line (GSL) in a 3D flash memory to which a COP (Cell On Peri) structure is applied. .

플래시 메모리 소자는 전기적으로 소거가능하며 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory; EEPROM)로서, 그 메모리는, 예를 들어, 컴퓨터, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 게임 시스템, 메모리 스틱(Memory stick) 등에 공통적으로 이용될 수 있다.A flash memory device is an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), and the memory is, for example, a computer, digital camera, MP3 player, game system, memory stick (Memory stick). ) can be commonly used.

이러한 플래시 메모리 소자는 F-N 터널링(Fowler-Nordheimtunneling) 또는 열전자 주입(Hot electron injection)에 의해 전기적으로 데이터의 입출력을 제어하는 소자로서, 최근 수직 방향의 고단으로 집적되는 3차원 구조가 제안됨에 따라 3차원 플래시 메모리로 명명되고 있다.These flash memory devices are devices that electrically control the input and output of data by Fowler-Nordheimtunneling or hot electron injection. As a three-dimensional structure integrated at a high level in the vertical direction has recently been proposed, a three-dimensional It is called flash memory.

그 구조와 관련하여, 기존의 3차원 플래시 메모리를 나타낸 X-Z 단면도인 도 1을 참조하면, 3차원 플래시 메모리(100)는 기판(105) 상 수평 방향으로 연장 형성되며 순차적으로 적층되는 복수의 워드 라인들(110), 복수의 워드 라인들(110)의 하단에 위치하는 GSL(120), 복수의 워드 라인들(110) 및 GSL(120)을 관통하여 기판(105) 상 수직 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링(130)(적어도 하나의 스트링(130)은 수직 방향으로 연장 형성되는 채널층(131) 및 채널층을 감싸는 전하 저장층(132)으로 구성됨)을 포함한다.Regarding its structure, referring to FIG. 1 , which is an X-Z cross-sectional view showing a conventional 3D flash memory, the 3D flash memory 100 extends in a horizontal direction on a substrate 105 and is sequentially stacked with a plurality of word lines. 110, the GSL 120 located at the lower end of the plurality of word lines 110, the plurality of word lines 110 and the GSL 120 are formed to extend vertically on the substrate 105 At least one string 130 (at least one string 130 is composed of a channel layer 131 extending in a vertical direction and a charge storage layer 132 surrounding the channel layer).

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리(100)에서는 GSL(120)에서의 누설 전류가 발생되는 문제점이 발생될 수 있는 바, 기존의 3차원 플래시 메모리는 GSL(120)에 대응하는 위치에 전하 저장층(132)을 배치하지 않는 구조(보다 정확하게는 GSL(120)에 대응하는 위치에 전하 저장층(132)인 ONO층 중 Nitride층이 배치되지 않는 구조)와 기판(105) 전체 및 채널층(131) 중 GSL(120)에 대응하는 영역 모두를 실리콘으로 구성하는 구조(채널층(131)의 그 외 영역은 폴리 실리콘으로 구성됨)를 적용하는 것처럼 구조적 및 물리적 방식을 통해 상기 문제점을 해결할 수 있었다.In the 3D flash memory 100 having such a structure, a leakage current may occur in the GSL 120, and the existing 3D flash memory has a charge storage layer at a position corresponding to the GSL 120. (132) is not disposed (more precisely, a structure in which the Nitride layer is not disposed in the ONO layer, which is the charge storage layer 132, at a position corresponding to the GSL 120) and the entire substrate 105 and the channel layer 131 ), the above problem could be solved through structural and physical methods, such as applying a structure in which all regions corresponding to the GSL 120 are made of silicon (other regions of the channel layer 131 are made of polysilicon).

그러나 기존의 3차원 플래시 메모리는, 집적도 향상을 위해 COP(Cell On Peri.) 구조가 적용될 경우, GSL(120)에 대응하는 위치에 전하 저장층(132)을 배치하지 않는 구조(보다 정확하게는 GSL(120)에 대응하는 위치에 전하 저장층(132)인 ONO층 중 Nitride층이 배치되지 않는 구조)와 채널층(131) 중 GSL(120)에 대응하는 영역을 에피택셜 성장을 통해 실리콘으로 구성하는 구조가 적용될 수 없는 구조적 및 물리적 한계를 갖는 바, COP 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리에서 GSL의 누설 전류를 개선 및 방지하는 기술이 제안될 필요가 있다.However, conventional 3D flash memory has a structure in which the charge storage layer 132 is not disposed at a location corresponding to the GSL 120 (more precisely, the GSL) when a COP (Cell On Peri.) structure is applied to improve integration. A structure in which the Nitride layer is not disposed in the ONO layer, which is the charge storage layer 132, at the position corresponding to (120)) and the region corresponding to the GSL 120 in the channel layer 131 are composed of silicon through epitaxial growth However, it is necessary to propose a technique for improving and preventing leakage current of GSL in a 3D flash memory to which a COP structure is applied.

일 실시예들은 구조적 및 물리적 방식 대신에 메모리 동작을 이용하는 방식을 통해, COP 구조에서 GSL의 누설 전류를 개선하는 3차원 플래시 메모리를 제안한다.Embodiments propose a three-dimensional flash memory that improves the leakage current of a GSL in a COP structure through a method using a memory operation instead of a structural and physical method.

보다 상세하게, 일 실시예들은 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지함으로써 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 정상 상태에서 오프(Off)시켜 두는 3차원 플래시 메모리를 제안한다.More specifically, one embodiment proposes a three-dimensional flash memory in which a region corresponding to the GSL of the charge storage layer is turned off in a normal state by maintaining a region corresponding to the GSL of the charge storage layer in a programmed state. .

일 실시예에 따르면, COP 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리는, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 순차적으로 적층되는 복수의 워드 라인들; 상기 복수의 워드 라인들의 하단에 위치하는 GSL(Ground Selection Line); 및 상기 복수의 워드 라인들 및 상기 GSL을 관통하여 상기 기판 상 수직 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링-상기 적어도 하나의 스트링은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함하고, 상기 전하 저장층은 상기 복수의 워드 라인들에 대응하는 위치로부터 상기 GSL에 대응하는 위치까지 연장 형성됨-을 포함하고, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은, 프로그램된 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment, a three-dimensional flash memory to which a COP structure is applied may include a plurality of word lines extending in a horizontal direction on a substrate and sequentially stacked; Ground Selection Lines (GSLs) positioned below the plurality of word lines; and at least one string extending in a vertical direction on the substrate through the plurality of word lines and the GSL, wherein the at least one string extends in the vertical direction and surrounds the channel layer. and a charge storage layer extending in a vertical direction, wherein the charge storage layer extends from a position corresponding to the plurality of word lines to a position corresponding to the GSL, and among the charge storage layer, the GSL The area corresponding to is maintained in a programmed state.

일 측면에 따르면, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은, 상기 프로그램된 상태로 유지되기 위하여, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역에 대한 최초 프로그램 동작이 수행된 이후 기 설정된 주기에 따라 리프레시(Refresh)되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, a region corresponding to the GSL of the charge storage layer is maintained in a programmed state at a preset period after an initial program operation is performed on a region corresponding to the GSL of the charge storage layer. It may be characterized in that it is refreshed according to.

다른 일 측면에 따르면, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은, 상기 GSL에서의 누설 전류를 방지하기 위하여 상기 프로그램 상태로 유지됨으로써, 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, a region corresponding to the GSL of the charge storage layer is maintained in the programmed state to prevent leakage current in the GSL, thereby maintaining a threshold voltage higher than a reference threshold voltage. can be characterized.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은, 상기 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지됨으로써, 정상 상태에서 오프(Off)되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, a region corresponding to the GSL in the charge storage layer may be turned off in a normal state by maintaining the high threshold voltage.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은, 상기 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 시 상기 GSL에 패스 전압이 인가됨에 응답하여 턴 온(Turn on)되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, a region corresponding to the GSL of the charge storage layer is turned on in response to a pass voltage being applied to the GSL during a read operation of the 3D flash memory. can

일 실시예에 따르면, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 순차적으로 적층되는 복수의 워드 라인들; 상기 복수의 워드 라인들의 하단에 위치하는 GSL(Ground Selection Line); 및 상기 복수의 워드 라인들 및 상기 GSL을 관통하여 상기 기판 상 수직 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링-상기 적어도 하나의 스트링은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함하고, 상기 전하 저장층은 상기 복수의 워드 라인들에 대응하는 위치로부터 상기 GSL에 대응하는 위치까지 연장 형성됨-을 포함하는 COP 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리의 동작 방법은, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지하는 단계를 포함한다.According to one embodiment, a plurality of word lines extending in a horizontal direction on a substrate and sequentially stacked; Ground Selection Lines (GSLs) positioned below the plurality of word lines; and at least one string extending in a vertical direction on the substrate through the plurality of word lines and the GSL, wherein the at least one string extends in the vertical direction and surrounds the channel layer. A three-dimensional flash memory with a COP structure including a charge storage layer extending in a vertical direction, and the charge storage layer extending from a position corresponding to the plurality of word lines to a position corresponding to the GSL. The operation method of includes maintaining a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in a programmed state.

일 측면에 따르면, 상기 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지하는 단계는, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 상기 프로그램된 상태로 유지하기 위하여, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역에 대한 최초 프로그램 동작을 수행하는 단계; 및 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 기 설정된 주기에 따라 리프레시(Refresh)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, maintaining a region corresponding to the GSL in a programmed state may include maintaining a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in the programmed state in the GSL of the charge storage layer. performing an initial program operation on a corresponding region; and refreshing a region corresponding to the GSL in the charge storage layer according to a predetermined cycle.

다른 일 측면에 따르면, 상기 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지하는 단계는, 상기 GSL에서의 누설 전류를 방지하기 위하여 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 상기 프로그램 상태로 유지함으로써, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, maintaining the region corresponding to the GSL in the programmed state may include maintaining the region corresponding to the GSL in the charge storage layer in the programmed state in order to prevent leakage current in the GSL. , maintaining a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in a state having a threshold voltage higher than a reference threshold voltage.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 GSL에 대응하는 영역을 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지하는 단계는, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 상기 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지함으로써, 정상 상태에서 오프(Off)시켜 두는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, maintaining the region corresponding to the GSL in a state of having a threshold voltage higher than a reference threshold voltage may include maintaining the region corresponding to the GSL in the charge storage layer in a state of having the high threshold voltage. By maintaining, it may be characterized in that it is a step of turning off (Off) in a normal state.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리의 동작 방법은, 상기 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 시 상기 GSL에 패스 전압이 인가됨에 응답하여 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 턴 온(Turn on)시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the method of operating the 3D flash memory may turn on a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in response to a pass voltage being applied to the GSL during a read operation of the 3D flash memory. It may be characterized by further comprising the step of (Turn on).

일 실시예들은 구조적 및 물리적 방식 대신에 메모리 동작을 이용하는 방식을 통해, COP 구조에서 GSL의 누설 전류를 개선하는 3차원 플래시 메모리를 제안할 수 있다.Embodiments may propose a 3D flash memory that improves leakage current of a GSL in a COP structure through a method using a memory operation instead of a structural and physical method.

보다 상세하게, 일 실시예들은 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지함으로써 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 정상 상태에서 오프(Off)시켜 두는 3차원 플래시 메모리를 제안할 수 있다.More specifically, one embodiment proposes a three-dimensional flash memory in which the region corresponding to the GSL of the charge storage layer is turned off in a normal state by maintaining the region corresponding to the GSL of the charge storage layer in a programmed state. can

따라서, 일 실시예들은 집적도를 향상시키는 가운데, GSL에서의 누설 전류를 방지 및 개선하는 기술 효과를 달성할 수 있다.Therefore, the embodiments can achieve a technical effect of preventing and improving leakage current in the GSL while improving the degree of integration.

도 1은 기존의 3차원 플래시 메모리를 나타낸 X-Z 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 나타낸 X-Z 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 GSL의 누설 전류를 방지하는 방식을 설명하기 위한 X-Z 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 판독 동작 시 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역의 변화를 설명하기 위한 X-Z 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.1 is an XZ cross-sectional view showing a conventional three-dimensional flash memory.
2 is an XZ cross-sectional view of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
3 is an XZ cross-sectional view illustrating a method of preventing leakage current of a GSL in a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
4 is an XZ cross-sectional view illustrating a change in a region corresponding to a GSL in a charge storage layer during a read operation in a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
5 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Also, like reference numerals in each figure denote like members.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms used in this specification (terminology) are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.

이하, 3차원 플래시 메모리를 나타낸 X-Z 단면도에서는 3차원 플래시 메모리가 설명의 편의를 위해 적어도 하나의 스트링의 상부에 위치하는 비트 라인, 적어도 하나의 스트링의 하부에 위치하는 소스 라인 등의 구성요소가 생략된 채 도시 및 설명될 수 있다. 그러나 후술되는 3차원 플래시 메모리는 이에 제한되거나 한정되지 않고 통상의 플래시 메모리에 요구되는 구성요소들을 포함하도록 구성될 수 있다.Hereinafter, in the X-Z cross-sectional view showing the 3D flash memory, components such as a bit line located above at least one string and a source line located below at least one string are omitted for convenience of description of the 3D flash memory. can be shown and described. However, the 3D flash memory to be described below is not limited or limited thereto and may be configured to include components required for a typical flash memory.

도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 나타낸 X-Z 단면도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 GSL의 누설 전류를 방지하는 방식을 설명하기 위한 X-Z 단면도이며, 도 4는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 판독 동작 시 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역의 변화를 설명하기 위한 X-Z 단면도이다.2 is an X-Z cross-sectional view of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment, and FIG. 3 is an X-Z cross-sectional view illustrating a method for preventing leakage current of a GSL in a 3D flash memory according to an exemplary embodiment. An X-Z cross-sectional view illustrating a change in a region corresponding to a GSL in a charge storage layer during a read operation in a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(200)는 복수의 워드 라인들(210), 복수의 워드 라인들(210)의 하단에 위치하는 GSL(220) 및 적어도 하나의 스트링(230)을 포함한다.Referring to FIG. 2 , a 3D flash memory 200 according to an embodiment includes a plurality of word lines 210, a GSL 220 positioned below the plurality of word lines 210, and at least one string. (230).

복수의 워드 라인들(210), 복수의 워드 라인들(210)의 하단에 위치하는 GSL(220) 및 적어도 하나의 스트링(230)이 형성되는 기판(205)은, 폴리 실리콘(Poly-silicon)으로 형성될 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 이하 기판(205)은 COP 구조가 적용됨에 따라 적어도 하나의 주변 회로를 포함할 수 있다.The substrate 205 on which the plurality of word lines 210, the GSL 220 positioned below the plurality of word lines 210, and at least one string 230 are formed is poly-silicon can be formed as Although not shown in the drawings, the substrate 205 may include at least one peripheral circuit as the COP structure is applied.

복수의 워드 라인들(210)은 기판(205) 상 수평 방향(예컨대, X 방향)으로 연장 형성된 채 순차적으로 적층되며, 각각이 W(텅스텐), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Cu(구리), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금)과 같은 도전성 물질(설명된 금속 물질 이외에도 ALD 형성 가능한 모든 금속 물질이 포함됨)로 형성되어 각각에 대응하는 메모리 셀들로 전압을 인가하여 메모리 동작(판독 동작, 프로그램 동작 및 소거 동작 등)이 수행되도록 할 수 있다. 이러한 복수의 워드 라인들(210)의 사이에는 절연 물질로 형성되는 복수의 절연층들(211)이 개재될 수 있다.The plurality of word lines 210 are sequentially stacked while extending in the horizontal direction (eg, X direction) on the substrate 205, and each of W (tungsten), Ti (titanium), Ta (tantalum), Cu ( It is formed of conductive materials such as copper), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), or Au (gold) (including all metal materials capable of forming ALD in addition to the metal materials described above) and applies voltage to memory cells corresponding to each. A memory operation (read operation, program operation, erase operation, etc.) can be performed. A plurality of insulating layers 211 formed of an insulating material may be interposed between the plurality of word lines 210 .

이러한 복수의 워드 라인들(210)의 상단에는 SSL(String Selection Line)(미도시)이 배치될 수 있으며, 하단에는 GSL(Ground Selection Line)(220)(GSL은 공통 소스 라인인 Common Source Line; CSL(미도시)과 연결됨)이 배치될 수 있다.A string selection line (SSL) (not shown) may be disposed at an upper end of the plurality of word lines 210, and a ground selection line (GSL) 220 (GSL is a common source line; a common source line; connected to CSL (not shown)) may be disposed.

적어도 하나의 스트링(230)은 복수의 워드 라인들(210) 및 GSL(220)을 관통하여 기판(205) 상 수직 방향(예컨대, Z 방향)으로 연장 형성되는 가운데, 각각이 채널층(231) 및 전하 저장층(232)을 포함할 수 있다.At least one string 230 penetrates the plurality of word lines 210 and the GSL 220 and extends on the substrate 205 in a vertical direction (eg, Z direction), each of which is a channel layer 231 and a charge storage layer 232 .

채널층(231)은 폴리 실리콘으로 형성될 수 있으며, 그 내부에 매립막(미도시)을 포함할 수 있다. 전하 저장층(232)은 채널층(231)을 감싸도록 수직 방향으로 연장 형성된 채 복수의 워드 라인들(210)을 통해 유입되는 전류로부터 전하를 저장하는 구성요소로서, 복수의 워드 라인들(210)에 대응하는 위치로부터 GSL(220)에 대응하는 위치까지 연장 형성될 수 있다.The channel layer 231 may be formed of polysilicon and may include a filling film (not shown) therein. The charge storage layer 232 is a component that stores charge from current flowing through the plurality of word lines 210 while extending in the vertical direction so as to surround the channel layer 231 . ) to a position corresponding to the GSL 220.

이하, 전하 저장층(232)은 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)의 구조로 형성되는 것으로 설명되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 복수의 워드 라인들(210)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하여 전하들의 상태를 유지하는 다양한 전하 저장 구성요소가 사용될 수 있다.Hereinafter, the charge storage layer 232 is described as having an Oxide-Nitride-Oxide (ONO) structure, but is not limited thereto, and charges or A variety of charge storage components can be used that trap holes to retain the state of charge.

또한, 이하 전하 저장층(232)은 기판(205)에 대해 직교하는 수직 방향(예컨대, Z 방향)으로 연장 형성되는 수직 요소만을 포함하는 것으로 설명되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 기판(205)과 평행하며 복수의 워드 라인(210)들과 접촉되는 수평 요소도 더 포함할 수 있다.In addition, hereinafter, the charge storage layer 232 is described as including only vertical elements extending in a vertical direction (eg, Z direction) perpendicular to the substrate 205, but is not limited thereto, and the substrate 205 and the substrate 205 are not limited thereto. Horizontal elements that are parallel and contact the plurality of word lines 210 may also be further included.

이와 같은 채널층(231) 및 전하 저장층(232)은, 복수의 워드 라인들(210)에 대응하는 복수의 메모리 셀들을 구성하는 바 메모리 셀 스트링으로 명명될 수 있다.The channel layer 231 and the charge storage layer 232 constitute a plurality of memory cells corresponding to the plurality of word lines 210 and may be referred to as a memory cell string.

특히, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(200)에서는, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)이 프로그램된 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다. 이와 관련하여 도 3을 참조하면, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)은, 프로그램 전압(Vpgm)이 인가됨에 따라 프로그램된 이후 프로그램된 상태를 유지함으로써, 기준 문턱 전압(예컨대, 2V의 Vth)보다 높은 문턱 전압(예컨대, 5V의 Vth)을 갖는 상태로 유지될 수 있다. 여기서, 기준 문턱 전압은 GSL(220)이 정상 상태에서 오프(Off)되는 최소 전압 값을 의미할 수 있으며, 복수의 워드 라인들(210) 각각의 문턱 전압을 의미할 수도 있다.In particular, in the 3D flash memory 200 according to an exemplary embodiment, the area 232-1 corresponding to the GSL 220 of the charge storage layer 232 is maintained in a programmed state. In this regard, referring to FIG. 3 , the region 232-1 of the charge storage layer 232 corresponding to the GSL 220 is programmed as the program voltage Vpgm is applied and then maintains the programmed state, A threshold voltage (eg, Vth of 5V) higher than the reference threshold voltage (eg, Vth of 2V) may be maintained. Here, the reference threshold voltage may mean a minimum voltage value at which the GSL 220 is turned off in a normal state, or may mean a threshold voltage of each of the plurality of word lines 210 .

이처럼 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)은, 프로그램되어 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지됨으로써, 정상 상태에서 오프(Off)되어 있게 되고, 이를 통해 GSL(220)에서의 누설 전류가 방지될 수 있다.As such, the region 232-1 of the charge storage layer 232 corresponding to the GSL 220 is programmed and maintained in a state having a threshold voltage higher than the reference threshold voltage, so that it is turned off in a normal state, Through this, leakage current in the GSL 220 may be prevented.

이 때, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)은 프로그램된 이후 별도의 추가적인 작업이 없는 경우, 시간 경과에 따라 전하 저장층(232)의 영역(232-1)에 트랩된 전하가 누설되는 문제가 발생되고, 이에 따라 프로그램된 상태가 유지되지 않게 될 수 있다.At this time, the region 232-1 of the charge storage layer 232 corresponding to the GSL 220 is programmed and, if there is no additional work, the region 232-1 of the charge storage layer 232 over time. A problem in which the trapped charge in 1) leaks occurs, and accordingly, the programmed state may not be maintained.

따라서, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)은 프로그램 상태로 유지되기 위하여, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)에 대한 최초 프로그램 동작이 수행된 이후 기 설정된 주기에 따라 리프레시(Refresh)될 수 있다. 예를 들어, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)은 프로그램 전압(Vpgm)이 인가되어 최초 프로그램된 이후, 일주일 또는 한달 등 기 설정된 주기로 재차 프로그램 동작이 수행되어 리프레시될 수 있다.Therefore, in order for the region 232-1 of the charge storage layer 232 corresponding to the GSL 220 to be maintained in a programmed state, the region 232-1 of the charge storage layer 232 corresponding to the GSL 220 After the first program operation for , it may be refreshed according to a preset cycle. For example, the region 232-1 of the charge storage layer 232 corresponding to the GSL 220 is programmed for the first time by applying the program voltage Vpgm, and then the program operation is performed again at a set cycle such as a week or a month. and can be refreshed.

또한, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)은 3차원 플래시 메모리(200)의 판독 동작이 가능하도록 경우에 따라 턴 온(Turn on)될 수 있다. 보다 상세하게, 도 4를 참조하면, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)은 3차원 플래시 메모리(200)의 판독 동작 시 GSL(220)에 패스 전압(Vpass)이 인가됨에 응답하여 턴 온됨으로써, 대상 메모리 셀에 대한 판독 동작이 가능하도록 채널층(231)에 채널을 형성할 수 있다.In addition, a region 232-1 of the charge storage layer 232 corresponding to the GSL 220 may be turned on in some cases to enable a read operation of the 3D flash memory 200. In more detail, referring to FIG. 4 , a region 232-1 corresponding to the GSL 220 of the charge storage layer 232 applies a pass voltage ( By turning on in response to the application of Vpass, a channel may be formed in the channel layer 231 to enable a read operation on the target memory cell.

이처럼 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(200)는, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)을 프로그램하고 기 설정된 주기에 따라 리프레시하여, 전하 저장층(232) 중 GSL(220)에 대응하는 영역(232-1)이 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 가져 정상 상태에서 오프되어 있도록 함으로써, GSL(220)에서의 누설 전류를 방지 및 개선할 수 있다.As such, the 3D flash memory 200 according to an embodiment programs the region 232-1 corresponding to the GSL 220 among the charge storage layer 232 and refreshes it according to a preset cycle, thereby forming the charge storage layer ( 232), leakage current in the GSL 220 can be prevented and improved by ensuring that the region 232-1 corresponding to the GSL 220 has a threshold voltage higher than the reference threshold voltage and is turned off in a normal state.

이와 같은 3차원 플래시 메모리(200)의 동작에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.The operation of the 3D flash memory 200 will be described below.

도 5는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하, 설명되는 동작 방법은 도 2 내지 4를 참조하여 설명된 3차원 플래시 메모리에 의해 수행됨을 전제로 하나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 전하 저장층이 GSL에 대응하는 위치까지 연장 형성되는 다양한 구조의 3차원 플래시 메모리에 의해서 수행될 수 있다.5 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to an exemplary embodiment. The operating method described below is based on the premise that it is performed by the three-dimensional flash memory described with reference to FIGS. 2 to 4, but is not limited thereto, and various structures in which the charge storage layer extends to a position corresponding to the GSL are formed. It can be performed by a 3D flash memory.

일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 동작 방법은, 3차원 플래시 메모리가 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지함을 특징으로 한다. 이에, 3차원 플래시 메모리는 GSL에서의 누설 전류를 방지하기 하여 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 프로그램 상태로 유지함으로써, 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지하고, 이를 통해 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 정상 상태에서 오프(Off)시켜 둘 수 있다.A method of operating a 3D flash memory according to an embodiment is characterized in that the 3D flash memory maintains a region corresponding to a GSL in a charge storage layer in a programmed state. Accordingly, the 3D flash memory maintains a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in a programmed state by preventing a leakage current in the GSL, so that the region corresponding to the GSL in the charge storage layer has a threshold voltage higher than the reference threshold voltage. , and through this, a region corresponding to the GSL in the charge storage layer may be turned off in a normal state.

보다 상세하게, 도 5를 참조하면, 단계(S510)에서 3차원 플래시 메모리는, 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지하기 위하여, 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역에 대한 최초 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 일례로, 3차원 플래시 메모리는 GSL에 프로그램 전압(Vpgm)을 인가하여 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역에 대한 프로그램 동작을 수행하여, 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 프로그램할 수 있다.In more detail, referring to FIG. 5 , in step S510, the 3D flash memory determines the region corresponding to the GSL among the charge storage layers in order to maintain the region corresponding to the GSL among the charge storage layers in a programmed state. The first program operation can be performed. For example, a 3D flash memory may program a region corresponding to the GSL in the charge storage layer by applying a program voltage Vpgm to the GSL to perform a program operation on a region corresponding to the GSL in the charge storage layer.

이후, 단계(S520)에서 3차원 플래시 메모리는, 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 기 설정된 주기에 따라 리프레시(Refresh)할 수 있다. 일례로, 3차원 플래시 메모리는 일주일 또는 한달 등 기 설정된 주기로 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역에 대한 프로그램 동작을 재차 수행하여 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 리프레시할 수 있다.Thereafter, in step S520, the 3D flash memory may refresh the region corresponding to the GSL in the charge storage layer according to a predetermined cycle. For example, the 3D flash memory may refresh the region corresponding to the GSL in the charge storage layer by performing a program operation again on the region corresponding to the GSL in the charge storage layer at a preset period such as a week or a month.

또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 3차원 플래시 메모리는 판독 동작 시 GSL에 패스 전압이 인가됨에 응답하여, 전하 저장층 중 GSL에 대응하는 영역을 턴 온 시켜 대상 메모리 셀에 대한 판독 동작이 가능하도록 지원할 수 있다.Also, although not shown in the drawings, the 3D flash memory supports a read operation on a target memory cell by turning on a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in response to application of a pass voltage to the GSL during a read operation. can

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (10)

COP 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리에서,
기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 순차적으로 적층되는 복수의 워드 라인들;
상기 복수의 워드 라인들의 하단에 위치하는 GSL(Ground Selection Line); 및
상기 복수의 워드 라인들 및 상기 GSL을 관통하여 상기 기판 상 수직 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링-상기 적어도 하나의 스트링은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함하고, 상기 전하 저장층은 상기 복수의 워드 라인들에 대응하는 위치로부터 상기 GSL에 대응하는 위치까지 연장 형성됨-
을 포함하고,
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은,
정상 상태에서 프로그램된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.In a three-dimensional flash memory with a COP structure,
a plurality of word lines extending in a horizontal direction on the substrate and sequentially stacked;
Ground Selection Lines (GSLs) positioned below the plurality of word lines; and
At least one string extending in a vertical direction on the substrate through the plurality of word lines and the GSL - The at least one string extends in the vertical direction and surrounds the channel layer and the vertical direction. and a charge storage layer extending in a direction, wherein the charge storage layer extends from a position corresponding to the plurality of word lines to a position corresponding to the GSL-
including,
A region corresponding to the GSL in the charge storage layer,
A three-dimensional flash memory, characterized in that maintained in a programmed state in a normal state. 제1항에 있어서,
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은,
상기 프로그램된 상태로 유지되기 위하여, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역에 대한 최초 프로그램 동작이 수행된 이후 기 설정된 주기에 따라 리프레시(Refresh)되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.According to claim 1,
A region corresponding to the GSL in the charge storage layer,
In order to maintain the programmed state, the three-dimensional flash memory is refreshed according to a predetermined cycle after an initial program operation is performed on a region corresponding to the GSL in the charge storage layer. 제1항에 있어서,
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은,
상기 GSL에서의 누설 전류를 방지하기 위하여 상기 프로그램 상태로 유지됨으로써, 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.According to claim 1,
A region corresponding to the GSL in the charge storage layer,
The three-dimensional flash memory, characterized in that maintained in a state having a threshold voltage higher than a reference threshold voltage by being maintained in the programmed state in order to prevent leakage current in the GSL. 제3항에 있어서,
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은,
상기 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지됨으로써, 정상 상태에서 오프(Off)되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.According to claim 3,
A region corresponding to the GSL in the charge storage layer,
The three-dimensional flash memory, characterized in that it is turned off in a normal state by being maintained in a state having the high threshold voltage. 제1항에 있어서,
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역은,
상기 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 시 상기 GSL에 패스 전압이 인가됨에 응답하여 턴 온(Turn on)되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.According to claim 1,
A region corresponding to the GSL in the charge storage layer,
The three-dimensional flash memory, characterized in that turned on in response to the application of a pass voltage to the GSL during a read operation of the three-dimensional flash memory. 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 순차적으로 적층되는 복수의 워드 라인들; 상기 복수의 워드 라인들의 하단에 위치하는 GSL(Ground Selection Line); 및 상기 복수의 워드 라인들 및 상기 GSL을 관통하여 상기 기판 상 수직 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링-상기 적어도 하나의 스트링은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함하고, 상기 전하 저장층은 상기 복수의 워드 라인들에 대응하는 위치로부터 상기 GSL에 대응하는 위치까지 연장 형성됨-을 포함하는 COP 구조가 적용된 3차원 플래시 메모리의 동작 방법에 있어서,
정상 상태에서 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지하는 단계
를 포함하는 3차원 플래시 메모리의 동작 방법.a plurality of word lines extending in a horizontal direction on the substrate and sequentially stacked; Ground Selection Lines (GSLs) positioned below the plurality of word lines; and at least one string extending in a vertical direction on the substrate through the plurality of word lines and the GSL, wherein the at least one string extends in the vertical direction and surrounds the channel layer. A three-dimensional flash memory with a COP structure including a charge storage layer extending in a vertical direction, and the charge storage layer extending from a position corresponding to the plurality of word lines to a position corresponding to the GSL. In the operating method of
maintaining a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in a programmed state in a normal state;
Method of operating a three-dimensional flash memory comprising a. 제6항에 있어서,
상기 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지하는 단계는,
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 상기 프로그램된 상태로 유지하기 위하여, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역에 대한 최초 프로그램 동작을 수행하는 단계; 및
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 기 설정된 주기에 따라 리프레시(Refresh)하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 동작 방법.According to claim 6,
Maintaining the region corresponding to the GSL in a programmed state,
performing an initial program operation on a region of the charge storage layer corresponding to the GSL to maintain the region of the charge storage layer corresponding to the GSL in the programmed state; and
Refreshing a region corresponding to the GSL in the charge storage layer according to a predetermined cycle.
A method of operating a three-dimensional flash memory comprising: 제6항에 있어서,
상기 GSL에 대응하는 영역을 프로그램된 상태로 유지하는 단계는,
상기 GSL에서의 누설 전류를 방지하기 위하여 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 상기 프로그램 상태로 유지함으로써, 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지하는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 동작 방법.According to claim 6,
Maintaining the region corresponding to the GSL in a programmed state,
In order to prevent leakage current in the GSL, a region corresponding to the GSL of the charge storage layer is maintained in the programmed state, so that a region corresponding to the GSL of the charge storage layer has a threshold voltage higher than a reference threshold voltage. A method of operating a three-dimensional flash memory, characterized in that the step of maintaining the state. 제8항에 있어서,
상기 GSL에 대응하는 영역을 기준 문턱 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지하는 단계는,
상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 상기 높은 문턱 전압을 갖는 상태로 유지함으로써, 정상 상태에서 오프(Off)시켜 두는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 동작 방법.According to claim 8,
Maintaining the region corresponding to the GSL in a state having a threshold voltage higher than a reference threshold voltage,
and turning off a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in a normal state by maintaining the high threshold voltage. 제6항에 있어서,
상기 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 시 상기 GSL에 패스 전압이 인가됨에 응답하여 상기 전하 저장층 중 상기 GSL에 대응하는 영역을 턴 온(Turn on)시키는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 동작 방법.According to claim 6,
Turning on a region corresponding to the GSL in the charge storage layer in response to application of a pass voltage to the GSL during a read operation of the 3D flash memory.
Method of operating a three-dimensional flash memory, characterized in that it further comprises.
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