KR102624193B1 - Improved program operation method of three dimensional flash memory - Google Patents

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Abstract

3차원 플래시 메모리의 개선된 프로그램 동작 방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 이격되며 배치되는 워드 라인들; 및 상기 워드 라인들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 셀 스트링들-상기 셀 스트링들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-을 포함하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법은, 상기 셀 스트링들 중 상기 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가하는 단계; 상기 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계; 및 상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 상기 음의 값의 전압이 인가되고 상기 선택된 워드 라인에 상기 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 선택된 셀 스트링에 포함되는 상기 수직 채널 패턴에 채널을 형성함으로써 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.An improved program operation method for 3D flash memory is disclosed. According to one embodiment, word lines extend in the horizontal direction on the substrate and are arranged to be spaced apart in the vertical direction; and cell strings extending in the vertical direction and passing through the word lines - each of the cell strings covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. A method of programming a three-dimensional flash memory, including a vertical channel pattern formed, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern constitute memory cells corresponding to the word lines, include: applying a negative voltage to a bit line of a selected cell string corresponding to a target memory cell that is the target of the program operation; applying a program voltage to a selected word line corresponding to the target memory cell among the word lines; and in response to applying the negative voltage to the bit line of the selected cell string and applying the program voltage to the selected word line, forming a channel in the vertical channel pattern included in the selected cell string to obtain the object. It may include performing the program operation on a memory cell.

Description

3차원 플래시 메모리의 개선된 프로그램 동작 방법{IMPROVED PROGRAM OPERATION METHOD OF THREE DIMENSIONAL FLASH MEMORY}Improved program operation method of 3D flash memory {IMPROVED PROGRAM OPERATION METHOD OF THREE DIMENSIONAL FLASH MEMORY}

아래의 실시예들은 3차원 플래시 메모리에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 3차원 플래시 메모리의 개선된 프로그램 동작 방법에 대한 기술이다.The following embodiments relate to 3D flash memory, and more specifically, to a technology for an improved program operation method of 3D flash memory.

플래시 메모리 소자는 F-N 터널링(Fowler-Nordheimtunneling) 또는 열전자 주입(Hot electron injection)에 의해 전기적으로 데이터의 입출력을 제어하여 전기적으로 프로그램 및 소거가 가능한 판독 전용 메모리(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory; EEPROM)로서, 컴퓨터, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 게임 시스템, 메모리 스틱(Memory stick) 등에 공통적으로 이용될 수 있다.Flash memory devices are electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) that can be electrically programmed and erased by electrically controlling the input and output of data by Fowler-Nordheimtunneling (Fowler-Nordheimtunneling) or hot electron injection. , can be commonly used in computers, digital cameras, MP3 players, game systems, memory sticks, etc.

이러한 플래시 메모리 소자에서는 소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해 집적도를 증가시키는 것이 요구된 바, 메모리 셀 트랜지스터들이 수직 방향으로 배열되어 셀 스트링을 구성하는 3차원 구조가 제안되었다.In these flash memory devices, it is required to increase the degree of integration to meet the excellent performance and low price demanded by consumers, and a three-dimensional structure in which memory cell transistors are arranged vertically to form a cell string has been proposed.

3차원 플래시 메모리는 최근 고단화 및 집적화되고 있는 추세로, 고단화 및 집적화에 의해 프로그램 동작 속도가 저하되는 단점 및 셀 전류가 저하되는 문제점이 대두되고 있다. 이에, 상기 단점을 해결하고자 프로그램 전압(Vpgm)을 기존의 것보다 높은 값으로 인가하는 방식이 제안되었으나, 상기 방식은 3차원 플래시 메모리의 회로에 부담을 주고 메모리 신뢰성에 악영향을 미치는 문제점을 동반한다.3D flash memory has recently become increasingly advanced and integrated, and problems such as a decrease in program operation speed and a decrease in cell current are emerging due to the increased level and integration. Accordingly, in order to solve the above shortcomings, a method of applying the program voltage (Vpgm) to a higher value than the existing one has been proposed, but this method has the problem of placing a burden on the circuit of the 3D flash memory and adversely affecting memory reliability. .

따라서, 아래의 실시예들은 설명된 문제점들을 해결하는 기술을 제안하고자 한다.Accordingly, the following embodiments are intended to propose techniques for solving the problems described.

일 실시예들은 높은 프로그램 전압이 야기하는 문제점을 해결하고자, 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가함으로써 상대적으로 낮은 프로그램 전압을 사용하는 3차원 플래시 메모리, 이의 프로그램 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안한다.One embodiment includes a three-dimensional flash memory that uses a relatively low program voltage by applying a negative voltage to the bit line of a selected cell string to solve problems caused by a high program voltage, a method of programming the same, and the same. We propose an electronic system that

또한, 일 실시예들은 셀 전류를 개선하고자, 수직 채널 패턴에 포함되는 백 게이트에 양의 값의 전압을 인가하는 3차원 플래시 메모리, 이의 판독 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안한다.Additionally, embodiments propose a three-dimensional flash memory that applies a positive voltage to a back gate included in a vertical channel pattern to improve cell current, a read operation method therefor, and an electronic system including the same.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the above problems, and may be expanded in various ways without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

일 실시예에 따르면, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 이격되며 배치되는 워드 라인들; 및 상기 워드 라인들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 셀 스트링들-상기 셀 스트링들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-을 포함하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법은, 상기 셀 스트링들 중 상기 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가하는 단계; 상기 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계; 및 상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 상기 음의 값의 전압이 인가되고 상기 선택된 워드 라인에 상기 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 선택된 셀 스트링에 포함되는 상기 수직 채널 패턴에 채널을 형성함으로써 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, word lines extend in the horizontal direction on the substrate and are arranged to be spaced apart in the vertical direction; and cell strings extending in the vertical direction and passing through the word lines - each of the cell strings covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. A method of programming a three-dimensional flash memory, including a vertical channel pattern formed, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern constitute memory cells corresponding to the word lines, include: applying a negative voltage to a bit line of a selected cell string corresponding to a target memory cell that is the target of the program operation; applying a program voltage to a selected word line corresponding to the target memory cell among the word lines; and in response to applying the negative voltage to the bit line of the selected cell string and applying the program voltage to the selected word line, forming a channel in the vertical channel pattern included in the selected cell string to obtain the object. It may include performing the program operation on a memory cell.

일 측면에 따르면, 상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가하는 단계는, 상기 선택된 워드 라인 및 선택된 셀 스트링의 비트 라인 사이의 전압이 상기 선택된 셀 스트링에 포함되는 상기 수직 채널 패턴에 직접적으로 전달되도록 상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, the step of applying a negative value voltage to the bit line of the selected cell string includes the vertical channel pattern included in the selected cell string where the voltage between the selected word line and the bit line of the selected cell string is It may be characterized as a step of applying a negative voltage to the bit line of the selected cell string so that it is directly transmitted to.

다른 일 측면에 따르면, 상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가하는 단계는, 상기 3차원 플래시 메모리가 상기 프로그램 동작을 제외한 다른 동작을 수행할 때 사용되는 음의 값의 전압을 생성하는 회로로부터 발생된 상기 음의 값의 전압을 상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 인가하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the step of applying a negative voltage to the bit line of the selected cell string includes applying a negative voltage used when the 3D flash memory performs an operation other than the program operation. It may be characterized as a step of applying the negative voltage generated from the generating circuit to the bit line of the selected cell string.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계는, 상기 워드 라인들 중 상기 선택된 워드 라인을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들 각각에 패스 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, applying a program voltage to the selected word line includes applying a pass voltage to each of the unselected word lines other than the selected word line. You can do this.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 수직 채널 패턴이 상기 수직 채널 패턴에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함하는 경우, 상기 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계는, 상기 워드 라인들 중 상기 선택된 워드 라인을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들 각각을 플로팅(Floating)시키는 단계; 및 상기 백 게이트에 패스 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, when the vertical channel pattern includes a back gate extending in the vertical direction with at least a portion surrounded by the vertical channel pattern, applying a program voltage to the selected word line includes , floating each of the remaining unselected word lines except for the selected word line; and applying a pass voltage to the back gate.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 비선택된 워드 라인들 각각을 플로팅시키는 단계는, 상기 비선택된 워드 라인들 각각이 플로팅됨에 따라, 상기 비선택된 워드 라인들에 상기 패스 전압이 인가됨에 의한 방해(Disturb) 현상을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the step of floating each of the unselected word lines may cause disturbance due to the pass voltage being applied to the unselected word lines as each of the unselected word lines is floated. It can be characterized by preventing the phenomenon.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 수직 채널 패턴이 상기 수직 채널 패턴에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함하는 경우, 상기 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계는, 상기 워드 라인들 중 상기 선택된 워드 라인을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들 각각에 접지 전압을 인가하는 단계; 및 상기 백 게이트에 패스 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, when the vertical channel pattern includes a back gate extending in the vertical direction with at least a portion surrounded by the vertical channel pattern, applying a program voltage to the selected word line includes , applying a ground voltage to each of the unselected word lines, excluding the selected word line; and applying a pass voltage to the back gate.

또 다른 일 측면에 따르면, 상기 비선택된 워드 라인들 각각을 플로팅시키는 단계는, 상기 비선택된 워드 라인들 각각에 상기 접지 전압이 인가됨에 따라, 상기 비선택된 워드 라인들에 상기 패스 전압이 인가됨에 의한 방해 현상을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the step of floating each of the unselected word lines is performed by applying the pass voltage to the unselected word lines as the ground voltage is applied to each of the unselected word lines. It may be characterized by preventing interference.

일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리는, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 이격되며 배치되는 워드 라인들; 및 상기 워드 라인들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 셀 스트링들-상기 셀 스트링들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-을 포함하고, 프로그램 동작 시 상기 셀 스트링들 중 상기 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압이 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment, a three-dimensional flash memory includes word lines that extend in the horizontal direction on a substrate and are spaced apart in the vertical direction; and cell strings extending in the vertical direction and passing through the word lines - each of the cell strings covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. and a vertical channel pattern formed, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern constitute memory cells corresponding to the word lines, and during a program operation, a target of the program operation among the cell strings It may be configured to apply a negative voltage to the bit line of the selected cell string corresponding to the target memory cell.

일 실시예에 따르면, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 이격되며 배치되는 워드 라인들; 및 상기 워드 라인들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 셀 스트링들-상기 셀 스트링들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성하며, 상기 수직 채널 패턴은 상기 수직 채널 패턴에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함함-을 포함하는 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 방법은, 상기 셀 스트링들 중 상기 판독 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 접지 전압보다 높은 제1 전압을 인가하는 단계; 상기 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 검증 전압을 인가하는 단계; 상기 워드 라인들 중 상기 선택된 워드 라인을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들 각각에 판독 전압을 인가하는 단계; 상기 백 게이트에 양의 값의 전압을 인가하는 단계; 및 상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 제1 전압이 인가되고 상기 선택된 워드 라인에 상기 검증 전압이 인가되며 상기 비선택된 워드 라인들 각각에 패스 전압이 인가되고 상기 백 게이트에 상기 양의 값의 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 판독 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, word lines extend in the horizontal direction on the substrate and are arranged to be spaced apart in the vertical direction; and cell strings extending in the vertical direction and passing through the word lines - each of the cell strings covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. A vertical channel pattern is formed, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern constitute memory cells corresponding to the word lines, and the vertical channel pattern is at least partially surrounded by the vertical channel pattern. A method of a read operation of a three-dimensional flash memory, including a back gate extending in a vertical direction, includes: a read operation method of a selected cell string corresponding to a target memory cell that is the target of the read operation among the cell strings; applying a first voltage higher than the ground voltage; applying a verification voltage to a selected word line corresponding to the target memory cell among the word lines; applying a read voltage to each of the unselected word lines other than the selected word line; applying a positive voltage to the back gate; and a first voltage is applied to the bit line of the selected cell string, the verification voltage is applied to the selected word line, a pass voltage is applied to each of the unselected word lines, and the positive voltage is applied to the back gate. In response to being applied, performing the read operation on the target memory cell.

일 측면에 따르면, 상기 백 게이트에 양의 값의 전압을 인가하는 단계는, 상기 3차원 플래시 메모리에서의 셀 전류를 개선하기 위해, 상기 양의 값의 전압을 상기 백 게이트에 인가하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, the step of applying a positive voltage to the back gate includes applying the positive voltage to the back gate to improve cell current in the three-dimensional flash memory. It can be characterized.

일 실시예들은 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가함으로써 상대적으로 낮은 프로그램 전압을 사용하는 3차원 플래시 메모리, 이의 프로그램 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안할 수 있다.Embodiments may propose a three-dimensional flash memory that uses a relatively low program voltage by applying a negative voltage to the bit line of the selected cell string, a program operation method thereof, and an electronic system including the same.

따라서 일 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리는 높은 프로그램 전압이 야기하는 문제점-3차원 플래시 메모리의 회로에 부담을 주는 문제점-을 해결할 수 있으며, 메모리 신뢰성을 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.Therefore, the 3D flash memory according to one embodiment can solve the problem caused by a high program voltage - a problem that places a burden on the circuit of the 3D flash memory - and can improve memory reliability.

또한, 일 실시예들은 수직 채널 패턴에 포함되는 백 게이트에 양의 값의 전압을 인가하는 3차원 플래시 메모리, 이의 판독 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안할 수 있다.Additionally, embodiments may propose a three-dimensional flash memory that applies a positive voltage to a back gate included in a vertical channel pattern, a read operation method thereof, and an electronic system including the same.

이에, 일 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리는 셀 전류를 개선하는 효과를 도모할 수 있다. Accordingly, the 3D flash memory according to one embodiment can achieve the effect of improving cell current.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be expanded in various ways without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이를 도시한 간략 회로도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 4는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 5는 도 3 내지 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 6은 도 5에 도시된 프로그램 동작 방법을 설명하기 위해 도 3에 도시된 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 프로그램 동작 방법을 설명하기 위해 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 9는 도 8에 도시된 판독 동작 방법을 설명하기 위해 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도이다.
도 10 내지 11은 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리가 수행하는 프로그램 동작 및 판독 동작에서의 인가 전압들의 펄스를 도시한 도면이다.
도 12는 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
1 is a simplified circuit diagram showing an array of three-dimensional flash memory according to one embodiment.
Figure 2 is a plan view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to another embodiment, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.
FIG. 5 is a flow chart showing a program operation method of the 3D flash memory shown in FIGS. 3 and 4.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the three-dimensional flash memory shown in FIG. 3 to explain the program operation method shown in FIG. 5.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the three-dimensional flash memory shown in FIG. 4 to explain the program operation method shown in FIG. 5.
FIG. 8 is a flow chart showing a read operation method of the 3D flash memory shown in FIG. 4.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the three-dimensional flash memory shown in FIG. 4 to explain the read operation method shown in FIG. 8.
FIGS. 10 and 11 are diagrams showing pulses of applied voltages in a program operation and a read operation performed by the three-dimensional flash memory shown in FIG. 4.
Figure 12 is a perspective view schematically showing an electronic system including a three-dimensional flash memory according to embodiments.

이하, 본 발명의 실시예를 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 of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Additionally, the same reference numerals in each drawing indicate the same members.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 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. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 방향, 형상 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 방향, 형상이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 방향 또는 형상을 다른 영역, 방향 또는 형상과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다.Additionally, terminologies used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the viewer, operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. For example, in this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in the context. Additionally, as used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to a referenced component, step, operation, and/or element that includes one or more other components, steps, operations, and/or elements. It does not exclude the presence or addition of elements. Additionally, although terms such as first and second are used in this specification to describe various areas, directions, and shapes, these areas, directions, and shapes should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one area, direction or shape from another area, direction or shape. Accordingly, a part referred to as a first part in one embodiment may be referred to as a second part in another embodiment.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.Additionally, it should be understood that the various embodiments of the present invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. Additionally, it should be understood that the location, arrangement, or configuration of individual components in each presented embodiment category may be changed without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

이하, 도면들을 참조하여 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional flash memory according to embodiments, a method of operating the same, and an electronic system including the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이를 도시한 간략 회로도이다.1 is a simplified circuit diagram showing an array of three-dimensional flash memory according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이는 공통 소스 라인(CSL), 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 및 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 사이에 배치되는 복수의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an array of three-dimensional flash memory according to an embodiment includes a common source line (CSL), a plurality of bit lines (BL0, BL1, BL2), and a common source line (CSL) and bit lines (BL0). , BL1, and BL2) may include a plurality of cell strings (CSTR).

비트 라인들(BL0, BL1, BL2)은 제2 방향(D2)으로 연장 형성된 채 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 여기서, 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3) 각각은 서로 직교하며 X, Y, Z축으로 정의되는 직각 좌표계를 형성할 수 있다.The bit lines BL0, BL1, and BL2 may extend in the second direction D2 and be spaced apart from each other in the first direction D1 and may be arranged two-dimensionally. Here, the first direction (D1), the second direction (D2), and the third direction (D3) are each orthogonal to each other and may form a rectangular coordinate system defined by the X, Y, and Z axes.

비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 각각에는 복수의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬로 연결될 수 있다. 셀 스트링들(CSTR)은 비트 라인들(BL0, BL1, BL2)과 하나의 공통 소스 라인(CSL) 사이에 제공된 채 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 이 때, 공통 소스 라인(CSL)은 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수의 공통 소스 라인들(CSL)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 복수의 공통 소스 라인들(CSL)에는 전기적으로 동일한 전압이 인가될 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 복수의 공통 소스 라인들(CSL) 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수도 있다.A plurality of cell strings (CSTR) may be connected in parallel to each of the bit lines (BL0, BL1, and BL2). The cell strings CSTR may be provided between the bit lines BL0, BL1, and BL2 and one common source line CSL and may be commonly connected to the common source line CSL. At this time, a plurality of common source lines (CSL) may be provided, and the plurality of common source lines (CSL) may extend in the first direction (D1) and be spaced apart from each other along the second direction (D2), forming a two-dimensional can be arranged sequentially. The same electrical voltage may be applied to the plurality of common source lines (CSL), but this is not limited or limited, and each of the plurality of common source lines (CSL) is electrically independently controlled, so that different voltages may be applied. there is.

셀 스트링들(CSTR)은 제3 방향(D3)으로 연장 형성된 채 비트 라인별로 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되며 배열될 수 있다. 실시예에 따르면, 셀 스트링들(CSTR) 각각은 공통 소스 라인(CSL)에 접속하는 접지 선택 트랜지스터(GST), 비트 라인들(BL0, BL1, BL2)에 접속하며 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2), 접지 선택 트랜지스터(GST)와 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 사이에 배치된 채 직렬 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 소거 제어 트랜지스터(ECT)로 구성될 수 있다. 또한, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 각각은 데이터 저장 요소(Data storage element)를 포함할 수 있다.The cell strings CSTR may extend in the third direction D3 and be arranged to be spaced apart from each other along the second direction D2 for each bit line. According to the embodiment, each of the cell strings (CSTR) is connected to a ground selection transistor (GST) connected to the common source line (CSL), the bit lines (BL0, BL1, BL2), and the first and second strings connected in series. Memory cell transistors (MCT) and erase control transistor (ECT) arranged in series between the selection transistors (SST1, SST2), the ground selection transistor (GST) and the first and second string selection transistors (SST1, SST2) ) can be composed of. Additionally, each memory cell transistor (MCT) may include a data storage element.

일 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)을 포함할 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 하나에 접속될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 하나의 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 다른 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)에서 접지 선택 트랜지스터(GST)는, 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)와 유사하게, 직렬 연결된 복수 개의 모스 트랜지스터들로 구성될 수도 있다.As an example, each cell string CSTR may include first and second string selection transistors SST1 and SST2 connected in series, and the second string selection transistor SST2 may be connected to the bit lines BL0 and BL1. , BL2) can be connected to one of the following. However, without being limited or limited thereto, each cell string CSTR may include one string select transistor. As another example, the ground selection transistor GST in each cell string CSTR may be composed of a plurality of MOS transistors connected in series, similar to the first and second string selection transistors SST1 and SST2. .

하나의 셀 스트링(CSTR)은 공통 소스 라인들(CSL)로부터의 거리가 서로 다른 복수 개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 즉, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 접지 선택 트랜지스터(GST) 사이에서 제3 방향(D3)을 따라 배치된 채 직렬 연결될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 접지 선택 트랜지스터(GST)와 공통 소스 라인들(CSL) 사이에 연결될 수 있다. 셀 스트링들(CSTR) 각각은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최상위의 것 사이 및 접지 선택 트랜지스터(GST)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최하위의 것 사이에 각각 연결된 더미 셀 트랜지스터들(DMC)을 더 포함할 수 있다.One cell string (CSTR) may be composed of a plurality of memory cell transistors (MCT) having different distances from the common source lines (CSL). That is, the memory cell transistors MCT may be connected in series while being arranged along the third direction D3 between the first string selection transistor SST1 and the ground selection transistor GST. The erase control transistor (ECT) may be connected between the ground select transistor (GST) and the common source lines (CSL). Each of the cell strings (CSTR) is between the first string select transistor (SST1) and the highest one of the memory cell transistors (MCT) and between the ground select transistor (GST) and the lowest one of the memory cell transistors (MCT). It may further include dummy cell transistors (DMCs) each connected to each other.

실시예에 따르면, 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)는 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3)에 의해 제어될 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)에 의해 제어될 수 있다. 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 복수의 워드 라인들(WL0-WLn)에 의해 각각 제어 될 수 있으며, 더미 셀 트랜지스터들(DMC)은 더미 워드 라인(DWL)에 의해 각각 제어될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2)에 의해 제어될 수 있으며, 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 복수 개로 제공될 수 있다. 공통 소스 라인들(CSL)은 소거 제어 트랜지스터들(ECT)의 소스들에 공통으로 연결될 수 있다.According to an embodiment, the first string selection transistor SST1 may be controlled by the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3, and the second string selection transistor SST2 may be controlled by the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3. It can be controlled by 2 string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3). The memory cell transistors (MCT) may each be controlled by a plurality of word lines (WL0-WLn), and the dummy cell transistors (DMC) may each be controlled by a dummy word line (DWL). The ground select transistor GST may be controlled by the ground select lines GSL0, GSL1, and GSL2, and the erase control transistor ECT may be controlled by the erase control line ECL. A plurality of erase control transistors (ECT) may be provided. Common source lines (CSL) may be commonly connected to sources of erase control transistors (ECT).

공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 거리에 제공되는, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들은 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중의 하나에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들이 공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되더라도, 서로 다른 행 또는 열에 제공되는 게이트 전극들이 독립적으로 제어될 수도 있다.The gate electrodes of the memory cell transistors (MCT), which are provided at substantially the same distance from the common source lines (CSL), may be commonly connected to one of the word lines (WL0-WLn, DWL) and be in an equipotential state. . However, without being limited or limited thereto, even if the gate electrodes of the memory cell transistors (MCT) are provided at substantially the same level from the common source lines (CSL), the gate electrodes provided in different rows or columns may be controlled independently. there is.

접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 제1 방향(D1)을 따라 연장되며, 제2 방향(D2)으로 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 공통 소스라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되는 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 전기적으로 서로 분리될 수 있다. 또한, 서로 다른 셀 스트링들(CSTR)의 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 공통의 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 메모리 셀 어레이의 소거 동작 시 게이트 유도 드레인 누설(Gate Induced Drain Leakage; 이하 GIDL)을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리 셀 어레이의 소거 동작시 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 및/또는 공통 소스 라인들(CSL)에 소거 전압이 인가될 수 있으며, 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및/또는 소거 제어 트랜지스터들(ECT)에서 게이트 유도 누설 전류가 발생될 수 있다.Ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3), and second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) ) extends along the first direction (D1), are spaced apart from each other in the second direction (D2), and may be arranged two-dimensionally. Ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3), and second string provided at substantially the same level from the common source lines (CSL) The selection lines (SSL2-1, SSL2-2, and SSL2-3) may be electrically separated from each other. Additionally, the erase control transistors ECT of different cell strings CSTR may be controlled by a common erase control line ECL. Erase control transistors (ECT) may generate gate induced drain leakage (GIDL) during an erase operation of the memory cell array. In some embodiments, during an erase operation of the memory cell array, an erase voltage may be applied to the bit lines (BL0, BL1, BL2) and/or the common source lines (CSL), and the string select transistor (SST) and/or Alternatively, gate-induced leakage current may be generated in the erase control transistors (ECT).

이상 설명된 스트링 선택 라인(SSL)은 상부 선택 라인(USL)으로 표현될 수 있으며, 접지 선택 라인(GSL)은 하부 선택 라인으로 표현될 수도 있다.The string selection line (SSL) described above may be expressed as an upper selection line (USL), and the ground selection line (GSL) may be expressed as a lower selection line.

도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 평면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.Figure 2 is a plan view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.

도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(SUB)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정(Monocrystalline) 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼 층(Epitaxial layer) 등의 반도체 기판일 수 있다. 기판(SUB)에는 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑될 수 있다.2 and 3, the substrate (SUB) may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a silicon-germanium substrate, a germanium substrate, or a single crystal epitaxial layer grown on a monocrystalline silicon substrate. . The substrate SUB may be doped with a first conductivity type impurity (eg, a P-type impurity).

기판(SUB) 상에는 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배치될 수 있다. 또한, 적층 구조체들(ST)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다.Stacked structures (ST) may be disposed on the substrate (SUB). The stacked structures ST may extend in the first direction D1 and be two-dimensionally arranged along the second direction D2. Additionally, the stacked structures ST may be spaced apart from each other in the second direction D2.

적층 구조체들(ST) 각각은 기판(SUB)의 상면에 수직한 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 즉, 적층 구조체들(ST)의 상면은 기판(SUB)의 상면과 평행할 수 있다. 이하, 수직 방향은 제3 방향(D3) 또는 제3 방향(D3)의 역방향을 의미한다.Each of the stacked structures ST includes gate electrodes EL1, EL2, and EL3 and interlayer insulating films ILD that are alternately stacked in a vertical direction perpendicular to the top surface of the substrate SUB (for example, in the third direction D3). may include. The stacked structures ST may have a substantially flat top surface. That is, the top surface of the stacked structures ST may be parallel to the top surface of the substrate SUB. Hereinafter, the vertical direction means the third direction D3 or the reverse direction of the third direction D3.

다시 도 1을 참조하면, 각각의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB) 상에 차례로 적층된 소거 제어 라인(ECL), 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 워드 라인들(WL0-WLn, DWL), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 하나일 수 있다.Referring again to FIG. 1, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 includes an erase control line (ECL), ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), and a word line sequentially stacked on the substrate (SUB). (WL0-WLn, DWL), one of the first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) It can be.

게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 실질적으로 동일한 제3 방향(D3)으로의 두께를 가질 수 있다. 이하에서, 두께는 제3 방향(D3)으로의 두께를 의미한다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은, 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may extend in the first direction D1 and have substantially the same thickness in the third direction D3. Hereinafter, thickness refers to the thickness in the third direction (D3). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may be formed of a conductive material. For example, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 is made of a doped semiconductor (e.g., doped silicon, etc.), a metal (e.g., W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), It may include at least one selected from Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (e.g., titanium nitride, tantalum nitride, etc.). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal materials described.

보다 구체적으로, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 최하부의 제1 게이트 전극(EL1), 최상부의 제3 게이트 전극(EL3) 및 제1 게이트 전극(EL1)과 제3 게이트 전극(EL3) 사이의 복수의 제2 게이트 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 각각 단수로 도시 및 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 복수로 제공될 수도 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 도 1에 도시된 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GLS2) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제2 게이트 전극(EL2)은 도 1에 도시된 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 도 1에 도시된 도 1의 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 중 어느 하나 또는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 어느 하나에 해당될 수 있다.More specifically, the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 include the first gate electrode EL1 at the bottom, the third gate electrode EL3 at the top, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3. It may include a plurality of second gate electrodes EL2 therebetween. The first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 are each shown and described in singular form, but this is illustrative and not limited thereto, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 may be used as necessary. may be provided in plural. The first gate electrode EL1 may correspond to one of the ground selection lines GSL0, GSL1, and GLS2 shown in FIG. 1. The second gate electrode EL2 may correspond to one of the word lines WL0-WLn and DWL shown in FIG. 1. The third gate electrode EL3 is one of the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3 shown in FIG. 1 or the second string selection lines SSL2-1 and SSL1-3. It may correspond to either SSL2-2 or SSL2-3).

도시되지 않았으나, 적층 구조체들(ST) 각각의 단부는 제1 방향(D1)을 따라 계단 구조(Stepwise structure)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 적층 구조체들(ST)의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB)으로부터 멀어질수록 제1 방향(D1)으로의 길이가 감소할 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 작을 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 클 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 클 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 작을 수 있다. 계단식 구조에 의해, 적층 구조체들(ST) 각각은 후술하는 수직 채널 구조체들(VS) 중 최외각의 것(Outer-most one)으로부터 멀어질수록 두께가 감소할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)을 따라 일정 간격으로 이격될 수 있다.Although not shown, an end of each of the stacked structures ST may have a stepwise structure along the first direction D1. More specifically, the length of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 of the stacked structures ST may decrease in the first direction D1 as the distance from the substrate SUB increases. The third gate electrode EL3 may have the smallest length in the first direction D1 and the greatest distance from the substrate SUB in the third direction D3. The first gate electrode EL1 may have the greatest length in the first direction D1 and the smallest distance from the substrate SUB in the third direction D3. Due to the stepped structure, the thickness of each of the stacked structures (ST) may decrease as it moves away from the outer-most one of the vertical channel structures (VS), which will be described later, and the gate electrodes (EL1, The side walls of EL2 and EL3) may be spaced apart at regular intervals along the first direction D1 from a plan view.

층간 절연막들(ILD) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것 및 최상부의 것은 다른 층간 절연막들(ILD)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께는 반도체 장치의 특성에 따라 서로 다른 두께를 갖거나, 모두 동일하게 설정될 수도 있다. 층간 절연막들(ILD)으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 사이의 절연을 위해 절연 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.Each of the interlayer dielectric layers (ILD) may have different thicknesses. For example, the lowest and uppermost of the interlayer insulating layers (ILD) may have a smaller thickness than the other interlayer insulating layers (ILD). However, this is an example and is not limited to this, and the thickness of each interlayer dielectric layer (ILD) may have a different thickness depending on the characteristics of the semiconductor device, or may all be set to be the same. The interlayer insulating films ILD may be formed of an insulating material to insulate the gate electrodes EL1, EL2, and EL3. As an example, the interlayer insulating films (ILD) may be formed of silicon oxide.

적층 구조체들(ST) 및 기판(SUB)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)이 제공될 수 있다. 채널 홀들(CH) 내에는 수직 채널 구조체들(VS)이 제공될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)은 도 1에 도시된 복수의 셀 스트링들(CSTR)로서, 기판(SUB)과 연결된 채 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)이 기판(SUB)과 연결되는 것은, 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되어 이루어질 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 구조체들(VS)의 하면이 기판(SUB)의 상면과 맞닿음으로써 이루어질 수도 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되는 경우, 수직 채널 구조체들(VS)의 하면은 기판(SUB)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.A plurality of channel holes CH may be provided penetrating a portion of the stacked structures ST and the substrate SUB. Vertical channel structures (VS) may be provided within the channel holes (CH). The vertical channel structures VS are a plurality of cell strings CSTR shown in FIG. 1 and may be connected to the substrate SUB and extend in the third direction D3. The connection of the vertical channel structures (VS) to the substrate (SUB) may be achieved by a portion of each of the vertical channel structures (VS) being buried inside the substrate (SUB), but is not limited or limited thereto and the vertical channel structures (VS) are connected to the substrate (SUB). This may be achieved by contacting the lower surface of (VS) with the upper surface of the substrate (SUB). When a portion of each of the vertical channel structures (VS) is buried inside the substrate (SUB), the lower surface of the vertical channel structures (VS) may be located at a lower level than the upper surface of the substrate (SUB).

적층 구조체들(ST) 중 어느 하나를 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)의 열들은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3개 이상의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 인접한 한 쌍의 열들에 있어서, 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)은 이에 인접한 다른 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)로부터 제1 방향(D1)으로 시프트(shift)될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 채널 구조체들(VS)은 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 수직 채널 구조체들(VS)은 로우(Row) 및 컬럼(Column)으로 나란히 배치되는 배열을 형성할 수도 있다.A plurality of rows of vertical channel structures (VS) penetrating one of the stacked structures (ST) may be provided. For example, as shown in FIG. 2 , rows of two vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). However, without being limited or limited thereto, rows of three or more vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). In a pair of adjacent columns, the vertical channel structures (VS) corresponding to one column may be shifted in the first direction (D1) from the vertical channel structures (VS) corresponding to the other adjacent column. there is. From a plan view, the vertical channel structures VS may be arranged in a zigzag shape along the first direction D1. However, without being limited or restricted thereto, the vertical channel structures VS may be arranged side by side in rows and columns.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 기판(SUB)으로부터 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 도면에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각이 상단과 하단의 너비가 동일한 기둥 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다. 이는, 채널 홀들(CH)이 에칭될 때 제3 방향(D3)의 역방향으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 감소되는 한계에 의한 것이다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 상면은 원 형상, 타원 형상, 사각 형상 또는 바(Bar) 형상을 가질 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may extend from the substrate SUB in the third direction D3. In the drawing, each of the vertical channel structures (VS) is shown as having a pillar shape with the same width at the top and bottom, but it is not limited or limited thereto, and as it moves toward the third direction (D3), the first direction (D1) and the second direction (D2) may have a shape in which the width is increased. This is due to the limitation that when the channel holes CH are etched, their widths in the first direction D1 and the second direction D2 decrease as they go in the opposite direction of the third direction D3. The upper surface of each of the vertical channel structures (VS) may have a circular shape, an oval shape, a square shape, or a bar shape.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 수직 반도체 패턴(VSP) 및 도전 패드(PAD)를 포함할 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서 데이터 저장 패턴(DSP)은 하단이 오픈된(Opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있고, 수직 채널 패턴(VCP)은 하단이 닫힌(Closed) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP) 및 도전 패드(PAD)로 둘러싸인 공간을 채울 수 있다.Each of the vertical channel structures (VS) may include a data storage pattern (DSP), a vertical channel pattern (VCP), a vertical semiconductor pattern (VSP), and a conductive pad (PAD). In each of the vertical channel structures (VS), the data storage pattern (DSP) may have a pipe shape with an open bottom or a macaroni shape, and the vertical channel pattern (VCP) may have a pipe shape or a macaroni shape with a closed bottom. It can have a shape. The vertical semiconductor pattern (VSP) can fill the space surrounded by the vertical channel pattern (VCP) and the conductive pad (PAD).

데이터 저장 패턴(DSP)은 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮은 채 내측으로는 수직 채널 패턴(VCP)과 접촉하며 외측으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 이에, 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들은 수직 채널 패턴(VCP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의해 메모리 동작(프로그램 동작, 판독 동작 또는 소거 동작)이 수행되는 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 메모리 셀들은 도 1에 도시된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 해당된다. 즉, 데이터 저장 패턴(DSP)은 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지함으로써 3차원 플래시 메모리에서 데이터 저장소의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 패턴(DSP)으로는 ONO(터널 산화막(Oxide)-전하 저장막(Nitride)-블로킹 산화막(Oxide))층 또는 강유전체층이 사용될 수 있다. 이와 같은 데이터 저장 패턴(DSP)은 트랩된 전하 또는 홀의 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타내거나, 전하들의 상태 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타낼 수 있다.The data storage pattern (DSP) covers the inner wall of each of the channel holes (CH) and contacts the vertical channel pattern (VCP) on the inside and the side walls of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) on the outside. You can. Accordingly, the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the data storage pattern DSP are the second gate electrodes together with the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the vertical channel pattern VCP. Memory cells in which a memory operation (program operation, read operation, or erase operation) is performed by voltage applied through (EL2) can be configured. The memory cells correspond to memory cell transistors (MCT) shown in FIG. 1. That is, the data storage pattern DSP traps charges or holes by a voltage applied through the second gate electrodes EL2 or maintains the state of the charges (e.g., the polarization state of the charges) in the three-dimensional flash memory. It can act as a data storage. For example, an ONO (tunnel oxide (oxide)-charge storage layer (nitride)-blocking oxide) layer or a ferroelectric layer may be used as the data storage pattern (DSP). Such a data storage pattern (DSP) may represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the state of trapped charges or holes, or it can represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the state of the charges.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)의 내측벽을 덮을 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은 제1 부분(VCP1) 및 제1 부분(VCP1) 상의 제2 부분(VCP2)을 포함할 수 있다.A vertical channel pattern (VCP) may cover the inner wall of the data storage pattern (DSP). The vertical channel pattern (VCP) may include a first part (VCP1) and a second part (VCP2) on the first part (VCP1).

수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)은 채널 홀들(CH) 각각의 하부에 제공될 수 있고, 기판(SUB)과 접촉할 수 있다. 이러한 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)은 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화하는 용도 및/또는 에피택시얼 패턴의 용도로 사용될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 두께는, 예를 들어, 제1 게이트 전극(EL1)의 두께보다 클 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 상면은 제1 게이트 전극(EL1)의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 상면은 제1 게이트 전극(EL1)의 상면과 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최하부의 것의 하면 사이에 위치할 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 하면은 기판(SUB)의 최상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것의 하면)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 일부는 제1 게이트 전극(EL1)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다. 이하에서, 수평 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 나란한 평면 상에서 연장되는 임의의 방향을 의미한다.The first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be provided below each of the channel holes (CH) and may be in contact with the substrate (SUB). The first part (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be used to block, suppress, or minimize leakage current in each of the vertical channel structures (VS) and/or as an epitaxial pattern. For example, the thickness of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be greater than the thickness of the first gate electrode (EL1). A sidewall of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be surrounded by a data storage pattern (DSP). The top surface of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a higher level than the top surface of the first gate electrode (EL1). More specifically, the top surface of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be located between the top surface of the first gate electrode (EL1) and the bottom surface of the lowest one of the second gate electrodes (EL2). The bottom surface of the first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be located at a lower level than the top surface of the substrate SUB (that is, the bottom surface of the lowest one of the interlayer insulating layers ILD). A portion of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may overlap the first gate electrode (EL1) in the horizontal direction. Hereinafter, the horizontal direction means any direction extending on a plane parallel to the first direction D1 and the second direction D2.

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 제1 부분(VCP1)의 상면으로부터 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 데이터 저장 패턴(DSP)과 수직 반도체 패턴(VSP) 사이에 제공될 수 있으며, 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응될 수 있다. 이에, 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 전술된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 메모리 셀들을 구성할 수 있다.The second part (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may extend from the top surface of the first part (VCP1) in the third direction (D3). The second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be provided between the data storage pattern (DSP) and the vertical semiconductor pattern (VSP) and may correspond to the second gate electrodes (EL2). Accordingly, the second part (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP), together with the regions corresponding to the second gate electrodes (EL2) of the data storage pattern (DSP), as described above, may form memory cells. .

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다.The top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be substantially coplanar with the top surface of the vertical semiconductor pattern (VSP). The top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a higher level than the top surface of the uppermost one of the second gate electrodes (EL2). More specifically, the top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be located between the top and bottom surfaces of the third gate electrode (EL3).

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전하 또는 홀을 전달하는 구성요소로서, 인가되는 전압에 의해 채널을 형성하거나 부스팅되도록 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있는 산화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류 특성이 우수한 In, Zn 또는 Ga 중 적어도 어느 하나를 포함하는 산화물 반도체 물질 또는 4족 반도체 물질 등으로 형성될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은, 예를 들어, AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO 또는 Ag-ZnO 등을 포함하는 ZnOx 계열의 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 수직 채널 패턴(VCP)은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 또는 기판(SUB)으로의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터 특성(예를 들어, 문턱 전압 산포 및 프로그램/판독 동작의 속도)을 개선할 수 있어, 결과적으로 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The vertical channel pattern (VCP) is a component that transfers charges or holes to the data storage pattern (DSP), and may be formed of single crystalline silicon or polysilicon to form a channel or be boosted by an applied voltage. However, without being limited or limited thereto, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material that can block, suppress, or minimize leakage current. For example, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material or a group 4 semiconductor material containing at least one of In, Zn, or Ga with excellent leakage current characteristics. The vertical channel pattern (VCP) may be formed of, for example, a ZnOx-based material including AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO, or Ag-ZnO. Accordingly, the vertical channel pattern (VCP) can block, suppress, or minimize leakage current to the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) or the substrate (SUB), and at least one of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) The characteristics of any one transistor (for example, threshold voltage distribution and speed of program/read operations) can be improved, and as a result, the electrical characteristics of the 3D flash memory can be improved.

수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)으로 둘러싸일 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면은 도전 패드(PAD)와 접촉할 수 있고, 수직 반도체 패턴(VSP)의 하면은 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)과 접촉할 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격될 수 있다. 다시 말하면, 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)으로부터 전기적으로 플로팅될 수 있다.The vertical semiconductor pattern (VSP) may be surrounded by the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP). The upper surface of the vertical semiconductor pattern (VSP) may contact the conductive pad (PAD), and the lower surface of the vertical semiconductor pattern (VSP) may contact the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP). The vertical semiconductor pattern VSP may be spaced apart from the substrate SUB in the third direction D3. In other words, the vertical semiconductor pattern VSP may be electrically floating from the substrate SUB.

수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP)에서의 전하 또는 홀의 확산을 돕는 물질로 형성될 수 있다. 보다 상세하게, 수직 반도체 패턴(VSP)은 전하, 홀 이동도(Hole mobility)가 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수직 반도체 패턴(VSP)은 불순물이 도핑된 반도체 물질, 불순물이 도핑되지 않은 상태의 진성 반도체(Intrinsic semiconductor) 물질 또는 다결정(Polycrystalline) 반도체 물질로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)과 동일한 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑된 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 즉, 수직 반도체 패턴(VSP)은 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 개선시켜 메모리 동작의 속도를 향상시킬 수 있다.The vertical semiconductor pattern (VSP) may be formed of a material that helps diffusion of charges or holes in the vertical channel pattern (VCP). More specifically, the vertical semiconductor pattern (VSP) can be formed of a material with excellent charge and hole mobility. For example, the vertical semiconductor pattern (VSP) may be formed of a semiconductor material doped with impurities, an intrinsic semiconductor material that is not doped with an impurity, or a polycrystalline semiconductor material. For a more specific example, the vertical semiconductor pattern VSP may be formed of polysilicon doped with the same first conductivity type impurity (eg, P-type impurity) as the substrate SUB. In other words, the vertical semiconductor pattern (VSP) can improve the speed of memory operation by improving the electrical characteristics of 3D flash memory.

다시 도 1을 참조하면, 수직 채널 구조체들(VS)은 소거 제어 트랜지스터(ECT), 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 채널들에 해당할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the vertical channel structures (VS) include an erase control transistor (ECT), first and second string select transistors (SST1, SST2), a ground select transistor (GST), and memory cell transistors (MCT). ) may correspond to the channels.

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면 상에 도전 패드(PAD)가 제공될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 수직 채널 패턴(VCP)의 상부 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상부와 연결될 수 있다. 도전 패드(PAD)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 도전 패드(PAD)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다. 즉, 도전 패드(PAD)의 적어도 일부는 제3 게이트 전극(EL3)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다.A conductive pad (PAD) may be provided on the top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) and the top surface of the vertical semiconductor pattern (VSP). The conductive pad (PAD) may be connected to the top of the vertical channel pattern (VCP) and the top of the vertical semiconductor pattern (VSP). The sidewall of the conductive pad (PAD) may be surrounded by a data storage pattern (DSP). The top surface of the conductive pad PAD may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures ST (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer dielectric layers ILD). The lower surface of the conductive pad PAD may be located at a lower level than the upper surface of the third gate electrode EL3. More specifically, the lower surface of the conductive pad PAD may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3. That is, at least a portion of the conductive pad PAD may overlap the third gate electrode EL3 in the horizontal direction.

도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 반도체 또는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(PAD)는 수직 반도체 패턴(VSP)과 다른 불순물(보다 정확하게 제1 도전형(예컨대, P형)과 다른 제2 도전형(예컨대, N형)의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다.The conductive pad (PAD) may be formed of a semiconductor or conductive material doped with impurities. For example, the conductive pad (PAD) is doped with impurities (more precisely, impurities of a second conductivity type (e.g., N-type) different from the first conductivity type (e.g., P-type)) than the vertical semiconductor pattern (VSP). It can be formed from a semiconductor material.

도전 패드(PAD)는 후술하는 비트 라인(BL)과 수직 채널 패턴(VCP)(또는 수직 반도체 패턴(VSP)) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The conductive pad (PAD) can reduce contact resistance between the bit line (BL) and the vertical channel pattern (VCP) (or vertical semiconductor pattern (VSP)), which will be described later.

이상, 수직 채널 구조체들(VS)이 도전 패드(PAD)를 포함하는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 도전 패드(PAD)를 생략한 구조를 가질 수도 있다. 이러한 경우, 수직 채널 구조체들(VS)에서 도전 패드(PAD)가 생략됨에 따라, 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 각각의 상면이 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이루도록 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 각각이 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 이러한 경우, 후술되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 도전 패드(PAD)를 통해 수직 채널 패턴(VCP)과 간접적으로 전기적으로 연결되는 대신에, 수직 채널 패턴(VCP)과 직접적으로 접촉하며 전기적으로 연결될 수 있다.Above, the vertical channel structures VS have been described as having a structure including a conductive pad (PAD), but they are not limited or limited thereto and may have a structure omitting the conductive pad (PAD). In this case, as the conductive pad (PAD) is omitted from the vertical channel structures (VS), the upper surface of each of the vertical channel pattern (VCP) and the vertical semiconductor pattern (VSP) is the upper surface of each of the stacked structures (ST) (i.e. Each of the vertical channel pattern (VCP) and the vertical semiconductor pattern (VSP) may be formed to extend in the third direction (D3) so as to be substantially coplanar with the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD). Additionally, in this case, the bit line contact plug (BLPG), which will be described later, directly contacts the vertical channel pattern (VCP) instead of being indirectly electrically connected to the vertical channel pattern (VCP) through the conductive pad (PAD). Can be electrically connected.

또한, 이상 수직 채널 구조체들(VS)에 수직 반도체 패턴(VSP)이 포함되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 반도체 패턴(VSP)이 생략될 수도 있다.In addition, although it has been described that the vertical channel structures VS include the vertical semiconductor pattern VSP, the present invention is not limited or limited thereto and the vertical semiconductor pattern VSP may be omitted.

또한, 이상 수직 채널 패턴(VCP)가 제1 부분(VCP1) 및 제2 부분(VCP2)을 포함하는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제1 부분(VCP1)이 배제된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 수직 채널 패턴(VCP)은 기판(SUB)까지 연장 형성된 수직 반도체 패턴(VSP) 및 데이터 저장 패턴(DSP) 사이에 제공되며 기판(SUB)과 접촉하도록 기판(SUB)까지 연장 형성될 수 있다. 이러한 경우 수직 채널 패턴(VCP)의 하면은 기판(SUB)의 최상면(층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것의 하면)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있으며, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.In addition, although the vertical channel pattern (VCP) has been described as having a structure including a first part (VCP1) and a second part (VCP2), it is not limited or limited thereto and may have a structure excluding the first part (VCP1). You can. For example, the vertical channel pattern (VCP) is provided between the vertical semiconductor pattern (VSP) and the data storage pattern (DSP) formed to extend to the substrate (SUB) and is formed to extend to the substrate (SUB) to contact the substrate (SUB). You can. In this case, the bottom surface of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a lower level than the top surface of the substrate (SUB) (the bottom surface of the lowest one of the interlayer dielectric layers (ILD)), and the top surface of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a lower level than the top surface of the substrate (SUB). It can be substantially coplanar with the top surface of the pattern (VSP).

서로 인접한 적층 구조체들(ST) 사이에는 제1 방향(D1)으로 연장되는 분리 트렌치(TR)가 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB) 내부에 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 기판(SUB) 내에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은, 제2 도전형의 불순물(예컨대, N형의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있다.A separation trench TR extending in the first direction D1 may be provided between adjacent stacked structures ST. The common source region (CSR) may be provided inside the substrate (SUB) exposed by the isolation trench (TR). The common source region CSR may extend in the first direction D1 within the substrate SUB. The common source region CSR may be formed of a semiconductor material doped with second conductivity type impurities (eg, N-type impurities). The common source region (CSR) may correspond to the common source line (CSL) in FIG. 1.

공통 소스 플러그(CSP)는 분리 트렌치(TR) 내에 제공될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 공통 소스 영역(CSR)과 연결될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로 연장되는 플레이트(Plate) 형상을 가질 수 있다. 이 때 공통 소스 플러그(CSP)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A common source plug (CSP) may be provided in the isolation trench (TR). The common source plug (CSP) may be connected to the common source region (CSR). The top surface of the common source plug (CSP) may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures (ST) (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD)). The common source plug (CSP) may have a plate shape extending in the first direction (D1) and the third direction (D3). At this time, the common source plug CSP may have a shape whose width in the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

공통 소스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에는 절연 스페이서들(SP)이 개재될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 서로 대향하며 제공될 수 있다. 예를 들어 절연 스페이서들(SP)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 갖는 low-k 물질로 형성될 수 있다.Insulating spacers (SP) may be interposed between the common source plug (CSP) and the stacked structures (ST). Insulating spacers SP may be provided between adjacent stacked structures ST to face each other. For example, the insulating spacers SP may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material with a low dielectric constant.

적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)이 제공될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은, 층간 절연막들(ILD)과 다른 절연 물질로 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP) 내부에 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)가 제공될 수 있다. 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A capping insulating layer (CAP) may be provided on the stacked structures (ST), the vertical channel structures (VS), and the common source plug (CSP). The capping insulating layer (CAP) may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD), the top surface of the conductive pad (PAD), and the top surface of the common source plug (CSP). The capping insulating film (CAP) may be formed of an insulating material different from the interlayer insulating films (ILD). A bit line contact plug (BLPG) electrically connected to the conductive pad (PAD) may be provided inside the capping insulating film (CAP). The bit line contact plug BLPG may have a shape whose width in the first direction D1 and the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

캡핑 절연막(CAP) 및 비트 라인 콘택 플러그(BLPG) 상에 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 도 1에 도시된 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 어느 하나에 해당되는 것으로, 제2 방향(D2)을 따라 도전성 물질로 연장 형성될 수 있다. 비트 라인(BL)을 구성하는 도전성 물질은 전술된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 형성하는 도전성 물질과 동일한 물질일 수 있다.A bit line (BL) may be provided on the capping insulating film (CAP) and the bit line contact plug (BLPG). The bit line BL corresponds to one of the plurality of bit lines BL0, BL1, and BL2 shown in FIG. 1 and may be formed to extend along the second direction D2 using a conductive material. The conductive material constituting the bit line BL may be the same material as the conductive material forming each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 described above.

비트 라인(BL)은 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)를 통해 수직 채널 구조체들(VS)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 비트 라인(BL)이 수직 채널 구조체들(VS)과 연결된다는 것은, 수직 채널 구조체들(VS)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)과 연결되는 것을 의미할 수 있다.The bit line BL may be electrically connected to the vertical channel structures VS through a bit line contact plug (BLPG). Here, the fact that the bit line (BL) is connected to the vertical channel structures (VS) may mean that it is connected to the vertical channel pattern (VCP) included in the vertical channel structures (VS).

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압 및 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압을 기초로, 프로그램 동작, 판독 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압 및 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압을 기초로, 수직 채널 패턴(VCP)에 채널을 형성하여 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀의 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전달함으로써 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5 및 6을 참조하여 기재하기로 한다.A three-dimensional flash memory with this structure includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string selection line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground selection line. Based on the voltage applied to the (GSL) and the voltage applied to the common source line (CSL), a program operation, a read operation, and an erase operation can be performed. For example, the 3D flash memory includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string select line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground select line (GSL). Based on the voltage applied to ) and the voltage applied to the common source line (CSL), a channel is formed in the vertical channel pattern (VCP) to transfer charges or holes to the data storage pattern (DSP) of the target memory cell to operate the program. can be performed. A detailed description of this will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

또한, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 구현 예시에 따라 수직 채널 패턴(VCP), 데이터 저장 패턴(DSP), 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL)을 포함하는 것을 전제로 다양한 구조로 구현될 수 있다.In addition, the three-dimensional flash memory according to one embodiment is not limited or limited to the described structure, and may include a vertical channel pattern (VCP), a data storage pattern (DSP), and gate electrodes (EL1, EL2, and EL3) depending on the implementation example. , it can be implemented in various structures provided that it includes a bit line (BL) and a common source line (CSL).

도 4는 다른 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to another embodiment, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.

도 4를 참조하면, 기판(SUB)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정(Monocrystalline) 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼 층(Epitaxial layer) 등의 반도체 기판일 수 있다. 기판(SUB)에는 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑될 수 있다.Referring to FIG. 4, the substrate SUB may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a silicon-germanium substrate, a germanium substrate, or a single crystal epitaxial layer grown on a monocrystalline silicon substrate. The substrate SUB may be doped with a first conductivity type impurity (eg, a P-type impurity).

기판(SUB) 상에는 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배치될 수 있다. 또한, 적층 구조체들(ST)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다.Stacked structures (ST) may be disposed on the substrate (SUB). The stacked structures ST may extend in the first direction D1 and be two-dimensionally arranged along the second direction D2. Additionally, the stacked structures ST may be spaced apart from each other in the second direction D2.

적층 구조체들(ST) 각각은 기판(SUB)의 상면에 수직한 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 즉, 적층 구조체들(ST)의 상면은 기판(SUB)의 상면과 평행할 수 있다. 이하, 수직 방향은 제3 방향(D3) 또는 제3 방향(D3)의 역방향을 의미한다.Each of the stacked structures ST includes gate electrodes EL1, EL2, and EL3 and interlayer insulating films ILD that are alternately stacked in a vertical direction perpendicular to the top surface of the substrate SUB (for example, in the third direction D3). may include. The stacked structures ST may have a substantially flat top surface. That is, the top surface of the stacked structures ST may be parallel to the top surface of the substrate SUB. Hereinafter, the vertical direction means the third direction D3 or the reverse direction of the third direction D3.

다시 도 1을 참조하면, 각각의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB) 상에 차례로 적층된 소거 제어 라인(ECL), 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 워드 라인들(WL0-WLn, DWL), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 하나일 수 있다.Referring again to FIG. 1, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 includes an erase control line (ECL), ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), and a word line sequentially stacked on the substrate (SUB). (WL0-WLn, DWL), one of the first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) It can be.

게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 실질적으로 동일한 제3 방향(D3)으로의 두께를 가질 수 있다. 이하에서, 두께는 제3 방향(D3)으로의 두께를 의미한다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은, 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may extend in the first direction D1 and have substantially the same thickness in the third direction D3. Hereinafter, thickness refers to the thickness in the third direction (D3). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may be formed of a conductive material. For example, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 is made of a doped semiconductor (e.g., doped silicon, etc.), a metal (e.g., W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), It may include at least one selected from Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (e.g., titanium nitride, tantalum nitride, etc.). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal materials described.

보다 구체적으로, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 최하부의 제1 게이트 전극(EL1), 최상부의 제3 게이트 전극(EL3) 및 제1 게이트 전극(EL1)과 제3 게이트 전극(EL3) 사이의 복수의 제2 게이트 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 각각 단수로 도시 및 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 복수로 제공될 수도 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 도 1에 도시된 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GLS2) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제2 게이트 전극(EL2)은 도 1에 도시된 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 도 1에 도시된 도 1의 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 중 어느 하나 또는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 어느 하나에 해당될 수 있다.More specifically, the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 include the first gate electrode EL1 at the bottom, the third gate electrode EL3 at the top, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3. It may include a plurality of second gate electrodes EL2 therebetween. The first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 are each shown and described in singular form, but this is illustrative and not limited thereto, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 may be used as necessary. may be provided in plural. The first gate electrode EL1 may correspond to one of the ground selection lines GSL0, GSL1, and GLS2 shown in FIG. 1. The second gate electrode EL2 may correspond to one of the word lines WL0-WLn and DWL shown in FIG. 1. The third gate electrode EL3 is one of the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3 shown in FIG. 1 or the second string selection lines SSL2-1 and SSL1-3. It may correspond to either SSL2-2 or SSL2-3).

도시되지 않았으나, 적층 구조체들(ST) 각각의 단부는 제1 방향(D1)을 따라 계단 구조(Stepwise structure)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 적층 구조체들(ST)의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB)으로부터 멀어질수록 제1 방향(D1)으로의 길이가 감소할 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 작을 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 클 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 클 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 작을 수 있다. 계단식 구조에 의해, 적층 구조체들(ST) 각각은 후술하는 수직 채널 구조체들(VS) 중 최외각의 것(Outer-most one)으로부터 멀어질수록 두께가 감소할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)을 따라 일정 간격으로 이격될 수 있다.Although not shown, an end of each of the stacked structures ST may have a stepwise structure along the first direction D1. More specifically, the length of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 of the stacked structures ST may decrease in the first direction D1 as the distance from the substrate SUB increases. The third gate electrode EL3 may have the smallest length in the first direction D1 and the greatest distance from the substrate SUB in the third direction D3. The first gate electrode EL1 may have the greatest length in the first direction D1 and the smallest distance from the substrate SUB in the third direction D3. Due to the stepped structure, the thickness of each of the stacked structures (ST) may decrease as it moves away from the outer-most one of the vertical channel structures (VS), which will be described later, and the gate electrodes (EL1, The side walls of EL2 and EL3) may be spaced apart at regular intervals along the first direction D1 from a plan view.

층간 절연막들(ILD) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것 및 최상부의 것은 다른 층간 절연막들(ILD)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께는 반도체 장치의 특성에 따라 서로 다른 두께를 갖거나, 모두 동일하게 설정될 수도 있다. 층간 절연막들(ILD)으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 사이의 절연을 위해 절연 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.Each of the interlayer dielectric layers (ILD) may have different thicknesses. For example, the lowest and uppermost of the interlayer insulating layers (ILD) may have a smaller thickness than the other interlayer insulating layers (ILD). However, this is an example and is not limited to this, and the thickness of each interlayer dielectric layer (ILD) may have a different thickness depending on the characteristics of the semiconductor device, or may all be set to be the same. The interlayer insulating films ILD may be formed of an insulating material to insulate the gate electrodes EL1, EL2, and EL3. As an example, the interlayer insulating films (ILD) may be formed of silicon oxide.

적층 구조체들(ST) 및 기판(SUB)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)이 제공될 수 있다. 채널 홀들(CH) 내에는 수직 채널 구조체들(VS)이 제공될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)은 도 1에 도시된 복수의 셀 스트링들(CSTR)로서, 기판(SUB)과 연결된 채 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)이 기판(SUB)과 연결되는 것은, 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되어 이루어질 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 구조체들(VS)의 하면이 기판(SUB)의 상면과 맞닿음으로써 이루어질 수도 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되는 경우, 수직 채널 구조체들(VS)의 하면은 기판(SUB)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.A plurality of channel holes CH may be provided penetrating a portion of the stacked structures ST and the substrate SUB. Vertical channel structures (VS) may be provided within the channel holes (CH). The vertical channel structures VS are a plurality of cell strings CSTR shown in FIG. 1 and may be connected to the substrate SUB and extend in the third direction D3. The connection of the vertical channel structures (VS) to the substrate (SUB) may be achieved by a portion of each of the vertical channel structures (VS) being buried inside the substrate (SUB), but is not limited or limited thereto and the vertical channel structures (VS) are connected to the substrate (SUB). This may be achieved by contacting the lower surface of (VS) with the upper surface of the substrate (SUB). When a portion of each of the vertical channel structures (VS) is buried inside the substrate (SUB), the lower surface of the vertical channel structures (VS) may be located at a lower level than the upper surface of the substrate (SUB).

적층 구조체들(ST) 중 어느 하나를 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)의 열들은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3개 이상의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 인접한 한 쌍의 열들에 있어서, 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)은 이에 인접한 다른 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)로부터 제1 방향(D1)으로 시프트(shift)될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 채널 구조체들(VS)은 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 수직 채널 구조체들(VS)은 로우(Row) 및 컬럼(Column)으로 나란히 배치되는 배열을 형성할 수도 있다.A plurality of rows of vertical channel structures (VS) penetrating one of the stacked structures (ST) may be provided. For example, as shown in FIG. 2 , rows of two vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). However, without being limited or limited thereto, rows of three or more vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). In a pair of adjacent columns, the vertical channel structures (VS) corresponding to one column may be shifted in the first direction (D1) from the vertical channel structures (VS) corresponding to the other adjacent column. there is. From a plan view, the vertical channel structures VS may be arranged in a zigzag shape along the first direction D1. However, without being limited or restricted thereto, the vertical channel structures VS may be arranged side by side in rows and columns.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 기판(SUB)으로부터 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 도면에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각이 상단과 하단의 너비가 동일한 기둥 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다. 이는, 채널 홀들(CH)이 에칭될 때 제3 방향(D3)의 역방향으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 감소되는 한계에 의한 것이다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 상면은 원 형상, 타원 형상, 사각 형상 또는 바(Bar) 형상을 가질 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may extend from the substrate SUB in the third direction D3. In the drawing, each of the vertical channel structures (VS) is shown as having a pillar shape with the same width at the top and bottom, but it is not limited or limited thereto, and as it moves toward the third direction (D3), the first direction (D1) and the second direction (D2) may have a shape in which the width is increased. This is due to the limitation that when the channel holes CH are etched, their widths in the first direction D1 and the second direction D2 decrease as they go in the opposite direction of the third direction D3. The upper surface of each of the vertical channel structures (VS) may have a circular shape, an oval shape, a square shape, or a bar shape.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 백 게이트(BG) 및 도전 패드(PAD)를 포함할 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서 데이터 저장 패턴(DSP)은 하단이 오픈된(Opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있고, 수직 채널 패턴(VCP)은 하단이 닫힌(Closed) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있다. 백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 수직 채널 패턴(VCP)로 전압을 인가하도록 형성될 수 있다. 이하, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함된다는 것은, 설명된 바와 같이 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태를 의미할 수 있다.Each of the vertical channel structures (VS) may include a data storage pattern (DSP), a vertical channel pattern (VCP), a back gate (BG), and a conductive pad (PAD). In each of the vertical channel structures (VS), the data storage pattern (DSP) may have a pipe shape with an open bottom or a macaroni shape, and the vertical channel pattern (VCP) may have a pipe shape or a macaroni shape with a closed bottom. It can have a shape. The back gate (BG) may be formed to apply a voltage to the vertical channel pattern (VCP) while being at least partially surrounded by the vertical channel pattern (VCP). Hereinafter, the fact that the back gate (BG) is included in the vertical channel pattern (VCP) may mean that the back gate (BG) is at least partially surrounded by the vertical channel pattern (VCP), as described.

데이터 저장 패턴(DSP)은 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮은 채 내측으로는 수직 채널 패턴(VCP)과 접촉하며 외측으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 이에, 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들은 수직 채널 패턴(VCP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의해 메모리 동작(프로그램 동작, 판독 동작 또는 소거 동작)이 수행되는 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 메모리 셀들은 도 1에 도시된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 해당된다. 즉, 데이터 저장 패턴(DSP)은 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지함으로써 3차원 플래시 메모리에서 데이터 저장소의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 패턴(DSP)으로는 ONO(터널 산화막(Oxide)-전하 저장막(Nitride)-블로킹 산화막(Oxide))층 또는 강유전체층이 사용될 수 있다. 이와 같은 데이터 저장 패턴(DSP)은 트랩된 전하 또는 홀의 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타내거나, 전하들의 상태 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타낼 수 있다.The data storage pattern (DSP) covers the inner wall of each of the channel holes (CH) and contacts the vertical channel pattern (VCP) on the inside and the side walls of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) on the outside. You can. Accordingly, the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the data storage pattern DSP are the second gate electrodes together with the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the vertical channel pattern VCP. Memory cells in which a memory operation (program operation, read operation, or erase operation) is performed by voltage applied through (EL2) can be configured. The memory cells correspond to memory cell transistors (MCT) shown in FIG. 1. That is, the data storage pattern DSP traps charges or holes by a voltage applied through the second gate electrodes EL2 or maintains the state of the charges (e.g., the polarization state of the charges) in the three-dimensional flash memory. It can act as a data storage. For example, an ONO (tunnel oxide (oxide)-charge storage layer (nitride)-blocking oxide) layer or a ferroelectric layer may be used as the data storage pattern (DSP). Such a data storage pattern (DSP) may represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the state of trapped charges or holes, or it can represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the state of the charges.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)의 내측벽을 덮을 수 있으며, 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)과 백 게이트(BG) 사이에 제공될 수 있으며, 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응될 수 있다. 이에, 수직 채널 패턴(VCP)은 전술된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 메모리 셀들을 구성할 수 있다.The vertical channel pattern (VCP) may cover the inner wall of the data storage pattern (DSP) and may extend in the third direction (D3). The vertical channel pattern (VCP) may be provided between the data storage pattern (DSP) and the back gate (BG) and may correspond to the second gate electrodes (EL2). Accordingly, as described above, the vertical channel pattern VCP may form memory cells together with regions corresponding to the second gate electrodes EL2 in the data storage pattern DSP.

수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다.The top surface of the vertical channel pattern VCP may be located at a higher level than the top surface of the uppermost one of the second gate electrodes EL2. More specifically, the top surface of the vertical channel pattern VCP may be located between the top and bottom surfaces of the third gate electrode EL3.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전하 또는 홀을 전달하는 구성요소로서, 인가되는 전압에 의해 채널을 형성하거나 부스팅되도록 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있는 산화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류 특성이 우수한 In, Zn 또는 Ga 중 적어도 어느 하나를 포함하는 산화물 반도체 물질 또는 4족 반도체 물질 등으로 형성될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은, 예를 들어, AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO 또는 Ag-ZnO 등을 포함하는 ZnOx 계열의 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 수직 채널 패턴(VCP)은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 또는 기판(SUB)으로의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터 특성(예를 들어, 문턱 전압 산포 및 프로그램/판독 동작의 속도)을 개선할 수 있어, 결과적으로 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The vertical channel pattern (VCP) is a component that transfers charges or holes to the data storage pattern (DSP), and may be formed of single crystalline silicon or polysilicon to form a channel or be boosted by an applied voltage. However, without being limited or limited thereto, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material that can block, suppress, or minimize leakage current. For example, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material or a group 4 semiconductor material containing at least one of In, Zn, or Ga with excellent leakage current characteristics. The vertical channel pattern (VCP) may be formed of, for example, a ZnOx-based material including AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO, or Ag-ZnO. Accordingly, the vertical channel pattern (VCP) can block, suppress, or minimize leakage current to the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) or the substrate (SUB), and at least one of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) The characteristics of any one transistor (for example, threshold voltage distribution and speed of program/read operations) can be improved, and as a result, the electrical characteristics of the 3D flash memory can be improved.

백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 맞닿으며 메모리 동작을 위한 수직 채널 패턴(VCP)로 전압을 인가하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 백 게이트(BG)는 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 백 게이트(BG)는 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The back gate (BG) is at least partially surrounded and contacted by the vertical channel pattern (VCP) and may be formed to apply a voltage to the vertical channel pattern (VCP) for a memory operation. For this purpose, the back gate (BG) is a doped semiconductor (ex, doped silicon, etc.), metal (ex, W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), It may be formed of a conductive material containing at least one selected from Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (ex, titanium nitride, tantalum nitride, etc.). The back gate (BG) may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal materials described.

이 때, 백 게이트(BG)는 제1 게이트 전극(EL1)에 대응하는 레벨부터 수직 채널 패턴(VCP) 내에서 제2 게이트 전극(EL2)에 대응하는 레벨까지 제3 방향(D3)을 따라 연장 형성될 수 있다. 즉, 백 게이트(BG)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP) 내에서 제3 게이트 전극(EL3)에 대응하는 레벨까지 제3 방향(D3)을 따라 연장 형성될 수도 있다.At this time, the back gate BG extends along the third direction D3 from the level corresponding to the first gate electrode EL1 to the level corresponding to the second gate electrode EL2 within the vertical channel pattern VCP. can be formed. That is, the top surface of the back gate BG may be located at a higher level than the top surface of the uppermost one of the second gate electrodes EL2. However, without being limited or restricted thereto, the back gate BG may be formed to extend along the third direction D3 within the vertical channel pattern VCP to a level corresponding to the third gate electrode EL3.

도면에는 백 게이트(BG)의 하부와 접촉하는 하부 기판이 생략되었지만, 구현 예시에 따라 백 게이트(BG)의 하면과 접촉하는 하부 기판이 포함될 수 있다. 또한, 구현 예시에 따라, 백 게이트(BG)가 기판(SUB) 내부로부터 형성되거나, 기판(SUB)의 상부로부터 형성될 수도 있다.Although the lower substrate in contact with the lower surface of the back gate (BG) is omitted in the drawing, the lower substrate in contact with the lower surface of the back gate (BG) may be included depending on the implementation example. Additionally, depending on the implementation example, the back gate BG may be formed from inside the substrate SUB or may be formed from the top of the substrate SUB.

이와 같은 백 게이트(BG)는 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 것으로, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 백 게이트(BG)는 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)가 형성하는 평면상에서 모두 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 백 게이트(BG)는 셀 스트링들(CSTR)에 공통적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어되어 모두 동일한 전압이 인가될 수 있다.This back gate (BG) is included in the vertical channel pattern (VCP) of each cell string (CSTR), and the back gate (BG) included in the vertical channel pattern (VCP) of each cell string (CSTR) is The back gate BG may be electrically connected to all planes formed by the first direction D1 and the second direction D2. That is, the back gate (BG) may be commonly connected to the cell strings (CSTR). In this case, the back gates (BG) of each of the cell strings (CSTR) are collectively controlled so that the same voltage can be applied to all of them.

그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 도 1의 제1 방향(D1)를 따라 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제2 방향(D2)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수 있으며, 도 1의 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어됨으로써 동일한 전압이 인가될 수 있다.However, without being limited or limited thereto, the back gates BG included in the vertical channel pattern VCP of each of the cell strings CSTR may be electrically connected to each other along the first direction D1 of FIG. 1 . In this case, each back gate (BG) of the cell strings (CSTR) arranged along the second direction (D2) is electrically independently controlled, so that different voltages can be applied, and in the first direction of FIG. 1 The back gates (BG) of each of the cell strings (CSTR) arranged along (D1) are collectively controlled so that the same voltage can be applied.

또한, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 도 1의 제2 방향(D2)를 따라 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 이러한 경우, 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수 있으며, 도 1의 제2 방향(D2)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어됨으로써 동일한 전압이 인가될 수 있다.Additionally, the back gates BG included in the vertical channel pattern VCP of each of the cell strings CSTR may be electrically connected to each other along the second direction D2 of FIG. 1 . In this case, the back gates BG of each of the cell strings CSTR arranged along the first direction D1 are electrically independently controlled, so that different voltages can be applied, and in the second direction of FIG. 1 The back gates (BG) of each of the cell strings (CSTR) arranged along (D2) are collectively controlled so that the same voltage can be applied.

백 게이트(BG)와 수직 채널 패턴(VCP) 사이에는 절연막(INS)이 배치됨으로써, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP)과 직접적으로 맞닿는 것을 방지할 수 있다. 절연막(ILD)은 층간 절연막들(ILD)과 마찬가지로 실리콘 산화물과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다.An insulating film (INS) is disposed between the back gate (BG) and the vertical channel pattern (VCP), thereby preventing the back gate (BG) from directly contacting the vertical channel pattern (VCP). The insulating layer (ILD), like the interlayer insulating layers (ILD), may be formed of an insulating material such as silicon oxide.

이상, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP)의 내부 홀에 형성되어 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 빈틈없이 둘러싸인 채 형성되는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분만이 감싸지는 구조로 형성될 수도 있다. 예컨대, 백 게이트(BG) 및 절연막(INS)이 수직 채널 패턴(VCP)의 적어도 일부분에 포함되는 구조 또는 수직 채널 패턴(VCP)을 관통하는 구조가 구현될 수 있다.Above, it has been described as a structure in which the back gate (BG) is formed in the inner hole of the vertical channel pattern (VCP) and is tightly surrounded by the vertical channel pattern (VCP), but is not limited or limited thereto and is not limited to the vertical channel pattern (VCP). It may be formed in a structure in which at least part of the structure is surrounded by VCP). For example, a structure in which the back gate (BG) and the insulating layer (INS) are included in at least a portion of the vertical channel pattern (VCP) or a structure that penetrates the vertical channel pattern (VCP) may be implemented.

다시 도 1을 참조하면, 수직 채널 구조체들(VS)은 소거 제어 트랜지스터(ECT), 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 채널들에 해당할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the vertical channel structures (VS) include an erase control transistor (ECT), first and second string select transistors (SST1, SST2), a ground select transistor (GST), and memory cell transistors (MCT). ) may correspond to the channels.

수직 채널 패턴(VCP)의 상면 상에는 도전 패드(PAD)가 제공될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 수직 채널 패턴(VCP)의 상부와 연결될 수 있다. 도전 패드(PAD)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 도전 패드(PAD)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다. 즉, 도전 패드(PAD)의 적어도 일부는 제3 게이트 전극(EL3)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다.A conductive pad (PAD) may be provided on the upper surface of the vertical channel pattern (VCP). The conductive pad (PAD) may be connected to the top of the vertical channel pattern (VCP). The sidewall of the conductive pad (PAD) may be surrounded by a data storage pattern (DSP). The top surface of the conductive pad PAD may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures ST (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer dielectric layers ILD). The lower surface of the conductive pad PAD may be located at a lower level than the upper surface of the third gate electrode EL3. More specifically, the lower surface of the conductive pad PAD may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3. That is, at least a portion of the conductive pad PAD may overlap the third gate electrode EL3 in the horizontal direction.

도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 반도체 또는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(PAD)는 기판(SUB)과 다른 불순물(보다 정확하게 제1 도전형(예컨대, P형)과 다른 제2 도전형(예컨대, N형)의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다.The conductive pad (PAD) may be formed of a semiconductor or conductive material doped with impurities. For example, the conductive pad (PAD) is a semiconductor material doped with impurities different from the substrate SUB (more precisely, impurities of a second conductivity type (e.g., N-type) different from the first conductivity type (e.g., P-type)). It can be formed as

도전 패드(PAD)는 후술하는 비트 라인(BL)과 수직 채널 패턴(VCP) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The conductive pad (PAD) can reduce contact resistance between the bit line (BL) and the vertical channel pattern (VCP), which will be described later.

서로 인접한 적층 구조체들(ST) 사이에는 제1 방향(D1)으로 연장되는 분리 트렌치(TR)가 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB) 내부에 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 기판(SUB) 내에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은, 제2 도전형의 불순물(예컨대, N형의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있다.A separation trench TR extending in the first direction D1 may be provided between adjacent stacked structures ST. The common source region (CSR) may be provided inside the substrate (SUB) exposed by the isolation trench (TR). The common source region CSR may extend in the first direction D1 within the substrate SUB. The common source region CSR may be formed of a semiconductor material doped with second conductivity type impurities (eg, N-type impurities). The common source region (CSR) may correspond to the common source line (CSL) in FIG. 1.

공통 소스 플러그(CSP)는 분리 트렌치(TR) 내에 제공될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 공통 소스 영역(CSR)과 연결될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로 연장되는 플레이트(Plate) 형상을 가질 수 있다. 이 때 공통 소스 플러그(CSP)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A common source plug (CSP) may be provided in the isolation trench (TR). The common source plug (CSP) may be connected to the common source region (CSR). The top surface of the common source plug (CSP) may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures (ST) (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD)). The common source plug (CSP) may have a plate shape extending in the first direction (D1) and the third direction (D3). At this time, the common source plug CSP may have a shape whose width in the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

공통 소스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에는 절연 스페이서들(SP)이 개재될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 서로 대향하며 제공될 수 있다. 예를 들어 절연 스페이서들(SP)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 갖는 low-k 물질로 형성될 수 있다.Insulating spacers (SP) may be interposed between the common source plug (CSP) and the stacked structures (ST). Insulating spacers SP may be provided between adjacent stacked structures ST to face each other. For example, the insulating spacers SP may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material with a low dielectric constant.

적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)이 제공될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은, 층간 절연막들(ILD)과 다른 절연 물질로 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP) 내부에 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)가 제공될 수 있다. 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A capping insulating layer (CAP) may be provided on the stacked structures (ST), the vertical channel structures (VS), and the common source plug (CSP). The capping insulating layer (CAP) may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD), the top surface of the conductive pad (PAD), and the top surface of the common source plug (CSP). The capping insulating film (CAP) may be formed of an insulating material different from the interlayer insulating films (ILD). A bit line contact plug (BLPG) electrically connected to the conductive pad (PAD) may be provided inside the capping insulating film (CAP). The bit line contact plug BLPG may have a shape whose width in the first direction D1 and the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

캡핑 절연막(CAP) 및 비트 라인 콘택 플러그(BLPG) 상에 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 도 1에 도시된 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 어느 하나에 해당되는 것으로, 제2 방향(D2)을 따라 도전성 물질로 연장 형성될 수 있다. 비트 라인(BL)을 구성하는 도전성 물질은 전술된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 형성하는 도전성 물질과 동일한 물질일 수 있다.A bit line (BL) may be provided on the capping insulating film (CAP) and the bit line contact plug (BLPG). The bit line BL corresponds to one of the plurality of bit lines BL0, BL1, and BL2 shown in FIG. 1 and may be formed to extend along the second direction D2 using a conductive material. The conductive material constituting the bit line BL may be the same material as the conductive material forming each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 described above.

비트 라인(BL)은 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)를 통해 수직 채널 구조체들(VS)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 비트 라인(BL)이 수직 채널 구조체들(VS)과 연결된다는 것은, 수직 채널 구조체들(VS)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)과 연결되는 것을 의미할 수 있다.The bit line BL may be electrically connected to the vertical channel structures VS through a bit line contact plug (BLPG). Here, the fact that the bit line (BL) is connected to the vertical channel structures (VS) may mean that it is connected to the vertical channel pattern (VCP) included in the vertical channel structures (VS).

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압, 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압 및 백 게이트(BG)에 인가되는 전압을 기초로, 프로그램 동작, 판독 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압, 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압 및 백 게이트(BG)에 인가되는 전압을 기초로, 수직 채널 패턴(VCP)에 채널을 형성하여 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀의 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전달함으로써 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5 및 7을 참조하여 기재하기로 한다.A three-dimensional flash memory with this structure includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string selection line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground selection line. Program operations, read operations, and erase operations can be performed based on the voltage applied to the (GSL), the voltage applied to the common source line (CSL), and the voltage applied to the back gate (BG). For example, the 3D flash memory includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string select line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground select line (GSL). ) Based on the voltage applied to the common source line (CSL) and the voltage applied to the back gate (BG), a channel is formed in the vertical channel pattern (VCP) to transfer charges or holes to the data of the target memory cell. Program operations can be performed by passing it to a stored pattern (DSP). A detailed description of this will be described with reference to FIGS. 5 and 7.

또한, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 구현 예시에 따라 수직 채널 패턴(VCP), 데이터 저장 패턴(DSP), 백 게이트(BG), 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL)을 포함하는 것을 전제로 다양한 구조로 구현될 수 있다.In addition, the three-dimensional flash memory according to another embodiment is not limited or limited to the described structure, and may include a vertical channel pattern (VCP), a data storage pattern (DSP), a back gate (BG), and a gate electrode ( EL1, EL2, EL3), a bit line (BL), and a common source line (CSL).

도 5는 도 3 내지 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법을 도시한 플로우 차트이고, 도 6은 도 5에 도시된 프로그램 동작 방법을 설명하기 위해 도 3에 도시된 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도이며, 도 7은 도 5에 도시된 프로그램 동작 방법을 설명하기 위해 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도이다. 이하, 설명되는 프로그램 동작 방법은 도 1 내지 4를 참조하여 설명된 구조의 3차원 플래시 메모리에서 수행되는 것을 전제로 한다. 또한 이하, "선택된 셀 스트링(sel CSTR)"은 셀 스트링들(CSTR) 중 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀(Target memory cell)을 포함하는 셀 스트링을 의미하며, "비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)"은 셀 스트링들(CSTR) 중 대상 메모리 셀을 포함하지 않은 셀 스트링을 의미한다. 마찬가지로, "선택된 워드 라인(sel WL)"은 워드 라인들(WL0-WLn) 중 대상 메모리 셀에 대응하는 워드 라인을 의미하며, "비선택된 워드 라인(unsel WL)"은 워드 라인들(WL0-WLn) 중 대상 메모리 셀에 대응하지 않는 워드 라인들(선택된 워드 라인을 제외한 나머지 워드 라인들)을 의미한다. 여기서, 워드 라인들(WL0-WLn)은 도 1 내지 4에 도시된 제2 게이트 전극(EL2)에 해당하며, 스트링 선택 라인(SSL)은 도 1 내지 4에 도시된 제3 게이트 전극(EL3)에 해당될 수 있다.FIG. 5 is a flow chart showing a program operation method of the three-dimensional flash memory shown in FIGS. 3 and 4, and FIG. 6 is a flow chart of the three-dimensional flash memory shown in FIG. 3 to explain the program operation method shown in FIG. 5. It is a cross-sectional view showing the structure, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the three-dimensional flash memory shown in FIG. 4 to explain the program operation method shown in FIG. 5. Hereinafter, the program operation method described is assumed to be performed in a three-dimensional flash memory with the structure described with reference to FIGS. 1 to 4. In addition, hereinafter, "selected cell string (sel CSTR)" refers to a cell string including a target memory cell that is the target of a program operation among cell strings (CSTR), and "unselected cell string (unsel) “CSTR)” refers to a cell string that does not include a target memory cell among the cell strings (CSTR). Likewise, “selected word line (sel WL)” refers to the word line corresponding to the target memory cell among the word lines (WL0-WLn), and “unselected word line (unsel WL)” refers to the word line (WL0-WLn) corresponding to the target memory cell. WLn) refers to word lines that do not correspond to the target memory cell (word lines other than the selected word line). Here, the word lines (WL0-WLn) correspond to the second gate electrode (EL2) shown in FIGS. 1 to 4, and the string select line (SSL) corresponds to the third gate electrode (EL3) shown in FIGS. 1 to 4. may apply.

도면을 참조하면, 단계(S510)에서 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 중 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 음의 값의 전압을 인가할 수 있다. 이 때, 음의 값의 전압은, 선택된 워드 라인(sel WL) 및 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0) 사이의 전위차가 20V 이상이 되도록, 후술되는 선택된 워드 라인(sel WL)에 인가되는 프로그램 전압(Vpgm)의 값을 기초로 적절히 결정될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 전압(Vpgm)이 20V인 경우, 음의 값의 전압은 -2V일 수 있다.Referring to the drawing, in step S510, the three-dimensional flash memory is connected to the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) corresponding to the target memory cell that is the target of the program operation among the cell strings (CSTR). A negative voltage can be applied. At this time, the negative voltage is the selected word line (sel WL), which will be described later, such that the potential difference between the selected word line (sel WL) and the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) is 20 V or more. It can be appropriately determined based on the value of the program voltage (Vpgm) applied to. For example, if the program voltage (Vpgm) is 20V, the negative value voltage may be -2V.

별도의 도면으로 도시되지는 않았으나, 3차원 플래시 메모리는 프로그램 동작 시 단계(S510)에서 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 음의 값의 전압이 인가되도록 구성됨을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 3차원 플래시 메모리는 도 1 내지 4를 참조하여 설명된 구조에 더해, 음의 값의 전압을 생성할 수 있는 회로를 구비하고 상기 회로가 셀 스트링들(CSTR)의 비트 라인(BL)과 전기적으로 연결된 구조를 가질 수 있다.Although not shown in a separate drawing, the three-dimensional flash memory may be configured so that a negative voltage is applied to the bit line (sel BL0) of the cell string (sel CSTR) selected in step S510 during the program operation. You can. For example, the three-dimensional flash memory, in addition to the structure described with reference to FIGS. 1 to 4, includes a circuit capable of generating a negative voltage, and the circuit is connected to the bit line BL of the cell strings CSTR. ) may have a structure electrically connected to.

또한, 음의 값의 전압은 프로그램 동작만을 위해 구비된 회로를 통해 발생되는 대신에, 기존의 회로를 활용하여 발생될 수 있다. 보다 상세하게, 단계(S510)에서 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 인가되는 음의 값의 전압은, 3차원 플래시 메모리가 프로그램 동작을 제외한 다른 동작(예컨대 판독 동작)을 수행할 때 사용되는 음의 값의 전압을 생성하는 회로로부터 발생될 수 있다. 즉, 단계(S510)에서 3차원 플래시 메모리는, 프로그램 동작을 제외한 다른 동작을 수행할 때 사용되는 음의 값의 전압을 생성하는 회로로부터 발생된 음의 값의 전압을 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 인가할 수 있다.Additionally, a negative voltage can be generated using an existing circuit, instead of being generated through a circuit provided only for program operation. In more detail, the negative voltage applied to the bit line (sel BL0) of the cell string (sel CSTR) selected in step S510 means that the three-dimensional flash memory performs an operation other than a program operation (for example, a read operation). It can be generated from a circuit that generates a negative value voltage that is used when performing the operation. That is, in step S510, the three-dimensional flash memory transmits a negative voltage generated from a circuit that generates a negative voltage used when performing operations other than the program operation to the selected cell string (sel CSTR). It can be applied to the bit line (sel BL0).

단계(S520)에서 3차원 플래시 메모리는, 워드 라인들 중 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인(sel WL)에 프로그램 전압(Vpgm; 예컨대 20V)을 인가할 수 있다.In step S520, the 3D flash memory may apply a program voltage (Vpgm; for example, 20V) to the selected word line (sel WL) corresponding to the target memory cell among the word lines.

이처럼 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 음의 값의 전압이 인가되는 본 발명의 방식은, 기존의 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 접지 전압이 인가되는 방식보다 프로그램 속도를 더 향상시킬 수 있다. 이는, 본 발명의 방식(선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 음의 값의 전압 -2V를 인가하고 선택된 워드 라인(sel WL)에 프로그램 전압 20V를 인가하는 방식)과 기존의 방식(선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 접지 전압 0V를 인가하고 선택된 워드 라인(sel WL)에 프로그램 전압 22V를 인가하는 방식) 각각에서 선택된 워드 라인(sel WL) 및 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0) 사이의 전위차가 동일하더라도, 본 발명의 방식에서는 전위차(선택된 워드 라인(sel WL) 및 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0) 사이의 전압)가 수직 채널 패턴(VCP)에 직접적으로 전달되는 반면, 기존의 방식에서는 전위차(선택된 워드 라인(sel WL) 및 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0) 사이의 전압)가 데이터 저장 패턴(DSP)을 통해 수직 채널 패턴(VCP)에 간접적으로 전달되기 때문이다.The method of the present invention in which a negative voltage is applied to the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) in this way is to apply a ground voltage to the bit line (sel BL0) of the existing selected cell string (sel CSTR). Program speed can be improved further than the authorized method. This is the method of the present invention (applying a negative voltage of -2V to the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) and applying a program voltage of 20V to the selected word line (sel WL) and the existing method. Method (applying a ground voltage of 0V to the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) and applying a program voltage of 22V to the selected word line (sel WL)), the selected word line (sel WL) and Even if the potential difference between the bit lines (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) is the same, in the method of the present invention, the potential difference (selected word line (sel WL) and the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) is transmitted directly to the vertical channel pattern (VCP), whereas in the conventional method, the potential difference (voltage between the selected word line (sel WL) and the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) is transmitted directly to the vertical channel pattern (VCP). This is because it is indirectly transmitted to the vertical channel pattern (VCP) through the data storage pattern (DSP).

이에, 선택된 워드 라인(sel WL) 및 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0) 사이의 전압인 22V가 데이터 저장 패턴(DSP)을 통해 수직 채널 패턴(VCP)으로 간접적으로 전달되는 기존의 방식은 커플링으로 인해 프로그램 속도가 저하될 수 있으며, 선택된 워드 라인(sel WL) 및 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0) 사이의 전압인 22V가 수직 채널 패턴(VCP)으로 직접적으로 전달되는 본 발명의 방식은 커플링을 방지하여 프로그램 속도를 개선시킬 수 있다.Accordingly, the existing 22V voltage between the selected word line (sel WL) and the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) is indirectly transmitted to the vertical channel pattern (VCP) through the data storage pattern (DSP). The method may slow down the program speed due to coupling, and 22V, which is the voltage between the selected word line (sel WL) and the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR), is used as a vertical channel pattern (VCP). The method of the present invention, which is directly transmitted, can improve program speed by preventing coupling.

따라서, 단계(S510)는 선택된 워드 라인(sel WL) 및 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0) 사이의 전압이 선택된 셀 스트링(sel CSTR)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)에 직접적으로 전달되도록 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 음의 값의 전압을 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.Accordingly, in step S510, the voltage between the selected word line (sel WL) and the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) is applied to the vertical channel pattern (VCP) included in the selected cell string (sel CSTR). A negative voltage may be applied to the bit line (sel BL0) of the cell string (sel CSTR) selected to be directly transmitted.

단계(S530)에서 3차원 플래시 메모리는, 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 음의 값의 전압이 인가되고 선택된 워드 라인(sel WL)에 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여, 선택된 셀 스트링(sel CSTR)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)에 채널을 형성함으로써 대상 메모리 셀에 대한 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In step S530, the three-dimensional flash memory responds to a negative voltage being applied to the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) and a program voltage being applied to the selected word line (sel WL), A program operation for a target memory cell can be performed by forming a channel in the vertical channel pattern (VCP) included in the selected cell string (sel CSTR).

한편, 3차원 플래시 메모리는 비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)에 대해, 비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)을 부스팅시켜 비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)에 포함되는 메모리 셀들에서의 프로그램 동작을 방지할 수 있다. 구체적으로, 3차원 플래시 메모리는 비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)의 비트 라인(unsel BL1)에 전원 전압(Vcc)을 인가함으로써, 비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)이 비트 라인(unsel BL1)에 인가된 전원 전압과 선택된 워드 라인(sel WL)에 인가된 프로그램 전압에 의해 부스트된 전위를 갖게 할 수 있다. 따라서, 비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)에 포함되는 메모리 셀들은 프로그램되는 것이 방지될 수 있다.Meanwhile, 3D flash memory can prevent program operations in memory cells included in the unselected cell string (unsel CSTR) by boosting the unselected cell string (unsel CSTR). there is. Specifically, the 3D flash memory applies the power supply voltage (Vcc) to the bit line (unsel BL1) of the unselected cell string (unsel CSTR), so that the unselected cell string (unsel CSTR) is applied to the bit line (unsel BL1). It is possible to have a boosted potential by the supplied power voltage and the program voltage applied to the selected word line (sel WL). Accordingly, memory cells included in the unselected cell string (unsel CSTR) can be prevented from being programmed.

이하에서는 단계들(S510 내지 S530)을 포함하는 프로그램 동작 방법을 도 3의 구조를 갖는 3차원 플래시 메모리에서 수행되는 경우와 도 4의 구조를 갖는 3차원 플래시 메모리에서 수행되는 경우로 구분하여 설명한다.Hereinafter, the program operation method including steps S510 to S530 will be described separately into the case of being performed on a 3D flash memory having the structure of FIG. 3 and the case of being performed on a 3D flash memory having the structure of FIG. 4. .

도 6을 참조하면, 3차원 플래시 메모리는 단계(S510)를 수행한 뒤, 단계(S520)를 수행함과 동시에 워드 라인들 중 선택된 워드 라인(sel WL)을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각에 패스 전압(Vpass; 이하, 패스 전압은 프로그램 상태에 있는 메모리 트랜지스터의 문턱 전압보다 높고 프로그램 전압(Vpgm)보다 낮은 전압을 의미함, 예컨대 9V)을 인가할 수 있다. 이 때, 3차원 플래시 메모리는 스트링 선택 라인(SSL)에 전원 전압(Vcc; 이하, 전원 전압은 스트링 선택 라인(SSL)의 문턱 전압보다 높고 선택된 워드 라인(sel WL)에 인가되는 프로그램 전압(Vpgm; 예컨대 20V)보다 낮은 전압을 의미함)을 인가하고, 접지 선택 라인(GSL)에 접지 전압(GND; 예컨대 0V)을 인가하며, 공통 소스 라인(CSL)을 플로팅(Floating)시킬 수 있다.Referring to FIG. 6, after performing step S510, the 3D flash memory performs step S520 and simultaneously selects the remaining unselected word lines (unsel WL) among the word lines except for the selected word line (sel WL). ) A pass voltage (Vpass; hereinafter, the pass voltage refers to a voltage higher than the threshold voltage of the memory transistor in the program state and lower than the program voltage (Vpgm), for example, 9V) may be applied to each. At this time, the 3D flash memory has a power supply voltage (Vcc; hereinafter, the power supply voltage is higher than the threshold voltage of the string selection line (SSL) and a program voltage (Vpgm) applied to the selected word line (sel WL). ; meaning a voltage lower than 20V, for example) can be applied, a ground voltage (GND; for example, 0V) can be applied to the ground selection line (GSL), and the common source line (CSL) can be floated.

따라서, 선택된 셀 스트링(sel CSTR)과 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 사이에 전위차가 거의 존재하지 않기 때문에, 선택된 셀 스트링(sel CSTR)에 포함되는 메모리 셀들 중 비선택된 워드 라인들(unsel WL)에 대응하는 메모리 셀은 프로그램되지 않고, 단계(S530)와 같이 대상 메모리 셀만이 프로그램될 수 있다.Therefore, since there is almost no potential difference between the selected cell string (sel CSTR) and the unselected word lines (unsel WL), the unselected word lines (unsel WL) among the memory cells included in the selected cell string (sel CSTR) ) is not programmed, and only the target memory cell can be programmed as in step S530.

백 게이트를 포함하는 구조를 도시한 도 7을 참조하면, 3차원 플래시 메모리는 단계(S510)를 수행한 뒤, 단계(S520)를 수행함과 동시에 워드 라인들 중 선택된 워드 라인(sel WL)을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각을 플로팅(Floating)시키며, 백 게이트(BG)에 패스 전압(Vpass; 이하, 패스 전압은 프로그램 상태에 있는 메모리 트랜지스터의 문턱 전압보다 높고 프로그램 전압(Vpgm)보다 낮은 전압을 의미함, 예컨대 9V)을 인가할 수 있다. 3차원 플래시 메모리는 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각을 플로팅시키는 대신에, 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각에 접지 전압(GND; 예컨대 0V)을 인가할 수도 있다. 이 때, 3차원 플래시 메모리는 스트링 선택 라인(SSL)에 전원 전압(Vcc; 이하, 전원 전압은 스트링 선택 라인(SSL)의 문턱 전압보다 높고 선택된 워드 라인(sel WL)에 인가되는 프로그램 전압(Vpgm; 예컨대 20V)보다 낮은 전압을 의미함)을 인가하고, 접지 선택 라인(GSL)에 접지 전압(GND; 예컨대 0V)을 인가하며, 공통 소스 라인(CSL)을 플로팅(Floating)시킬 수 있다.Referring to FIG. 7 showing a structure including a back gate, the 3D flash memory performs step S510 and then step S520, and at the same time performs step S520, excluding the selected word line (sel WL) among the word lines. Each of the remaining unselected word lines (unsel WL) is floated, and the pass voltage (Vpass; hereinafter, the pass voltage is higher than the threshold voltage of the memory transistor in the program state and the program voltage (Vpgm) is applied to the back gate (BG). A lower voltage, for example 9V, can be applied. Instead of floating each of the unselected word lines (unsel WL), the 3D flash memory may apply a ground voltage (GND; for example, 0V) to each of the unselected word lines (unsel WL). At this time, the 3D flash memory has a power supply voltage (Vcc; hereinafter, the power supply voltage is higher than the threshold voltage of the string selection line (SSL) and a program voltage (Vpgm) applied to the selected word line (sel WL). ; meaning a voltage lower than 20V, for example) can be applied, a ground voltage (GND; for example, 0V) can be applied to the ground selection line (GSL), and the common source line (CSL) can be floated.

따라서, 선택된 셀 스트링(sel CSTR)과 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 사이에 전위차가 거의 존재하지 않기 때문에, 선택된 셀 스트링(sel CSTR)에 포함되는 메모리 셀들 중 비선택된 워드 라인들(unsel WL)에 대응하는 메모리 셀은 프로그램되지 않고, 단계(S530)와 같이 대상 메모리 셀만이 프로그램될 수 있다.Therefore, since there is almost no potential difference between the selected cell string (sel CSTR) and the unselected word lines (unsel WL), the unselected word lines (unsel WL) among the memory cells included in the selected cell string (sel CSTR) ) is not programmed, and only the target memory cell can be programmed as in step S530.

도 7에 도시된 바와 같이 백 게이트(BG)를 포함하는 구조의 3차원 플래시 메모리는, 프로그램 동작 시 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각에 패스 전압을 인가하는 대신에, 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각을 플로팅시키거나 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각에 접지 전압을 인가함으로써, 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각에 패스 전압이 인가됨에 의한 방해(Disturb) 현상을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 7, a three-dimensional flash memory with a structure including a back gate (BG), instead of applying a pass voltage to each of the unselected word lines (unsel WL) during a program operation, By floating each (unsel WL) or applying a ground voltage to each of the unselected word lines (unsel WL), the disturbance caused by the pass voltage being applied to each of the unselected word lines (unsel WL) is prevented. can do.

이상 설명된 프로그램 동작 방법은, 기존의 방식에 비해 상대적으로 낮은 프로그램 전압(Vpgm)을 사용하기 때문에, 회로에 부담을 덜 주고 메모리 신뢰성을 향상시키는 효과를 도모할 수 있다.Since the program operation method described above uses a relatively low program voltage (Vpgm) compared to the existing method, it can reduce the burden on the circuit and improve memory reliability.

도 8은 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 방법을 도시한 플로우 차트이고, 도 9는 도 8에 도시된 판독 동작 방법을 설명하기 위해 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도이다.FIG. 8 is a flow chart showing the read operation method of the three-dimensional flash memory shown in FIG. 4, and FIG. 9 shows the structure of the three-dimensional flash memory shown in FIG. 4 to explain the read operation method shown in FIG. This is a cross-sectional view.

이하, 설명되는 프로그램 동작 방법은 도 4를 참조하여 설명된 구조(백 게이트(BG)를 포함하는 구조)의 3차원 플래시 메모리에서 수행되는 것을 전제로 한다. 또한 이하, "선택된 셀 스트링(sel CSTR)"은 셀 스트링들(CSTR) 중 판독 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀(Target memory cell)을 포함하는 셀 스트링을 의미하며, "비선택된 셀 스트링(unsel CSTR)"은 셀 스트링들(CSTR) 중 대상 메모리 셀을 포함하지 않은 셀 스트링을 의미한다. 마찬가지로, "선택된 워드 라인(sel WL)"은 워드 라인들(WL0-WLn) 중 대상 메모리 셀에 대응하는 워드 라인을 의미하며, "비선택된 워드 라인(unsel WL)"은 워드 라인들(WL0-WLn) 중 대상 메모리 셀에 대응하지 않는 워드 라인들(선택된 워드 라인을 제외한 나머지 워드 라인들)을 의미한다. 여기서, 워드 라인들(WL0-WLn)은 도 1 내지 4에 도시된 제2 게이트 전극(EL2)에 해당하며, 스트링 선택 라인(SSL)은 도 1 내지 4에 도시된 제3 게이트 전극(EL3)에 해당될 수 있다.Hereinafter, the program operation method described is assumed to be performed in a three-dimensional flash memory having the structure described with reference to FIG. 4 (a structure including a back gate (BG)). In addition, hereinafter, "selected cell string (sel CSTR)" refers to a cell string including a target memory cell that is the target of a read operation among cell strings (CSTR), and "unselected cell string (unsel) “CSTR)” refers to a cell string that does not include a target memory cell among the cell strings (CSTR). Likewise, “selected word line (sel WL)” refers to the word line corresponding to the target memory cell among the word lines (WL0-WLn), and “unselected word line (unsel WL)” refers to the word line (WL0-WLn) corresponding to the target memory cell. WLn) refers to word lines that do not correspond to the target memory cell (word lines other than the selected word line). Here, the word lines (WL0-WLn) correspond to the second gate electrode (EL2) shown in FIGS. 1 to 4, and the string select line (SSL) corresponds to the third gate electrode (EL3) shown in FIGS. 1 to 4. may apply.

도면을 참조하면, 단계(S810)에서 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 중 판독 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 접지 전압(GND; 예컨대 0V)보다 높은 제1 전압(V1; 예컨대 1V)을 인가할 수 있다.Referring to the drawing, in step S810, the three-dimensional flash memory is connected to the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR) corresponding to the target memory cell that is the target of the read operation among the cell strings (CSTR). A first voltage (V1; for example, 1V) higher than the ground voltage (GND; for example, 0V) may be applied.

단계(S820)에서 3차원 플래시 메모리는, 워드 라인들 중 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인(sel WL)에 검증 전압(Vverify; 예컨대 20V)을 인가할 수 있다.In step S820, the 3D flash memory may apply a verification voltage (Vverify; for example, 20V) to the selected word line (sel WL) corresponding to the target memory cell among the word lines.

단계(S830)에서 3차원 플래시 메모리는, 워드 라인들 중 선택된 워드 라인(sel WL)을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들(unsel WL) 각각에 판독 전압(Vread; 판독 전압은 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST)의 문턱 전압, 프로그램 상태에 있는 메모리 트랜지스터의 문턱 전압보다 높고 프로그램 전압(Vpgm)보다 낮은 전압으로, 전술된 패스 전압(Vpass)일 수 있음, 예컨대 6V)을 인가할 수 있다.In step S830, the three-dimensional flash memory applies a read voltage (Vread) to each of the unselected word lines (unsel WL) except for the selected word line (sel WL) among the word lines; the read voltage is applied to the ground and string selection transistors. A threshold voltage of (GST, SST), which is higher than the threshold voltage of the memory transistor in the program state and lower than the program voltage (Vpgm), may be the above-described pass voltage (Vpass), for example, 6V).

단계(S840)에서 3차원 플래시 메모리는, 백 게이트(BG)에 양의 값의 전압(예컨대 2V)을 인가할 수 있다. 이처럼 백 게이트(BG)에 양의 값의 전압이 인가되는 것은, 3차원 플래시 메모리에서의 셀 전류를 개선하기 위함이다.In step S840, the 3D flash memory may apply a positive voltage (eg, 2V) to the back gate (BG). The reason why a positive voltage is applied to the back gate (BG) is to improve cell current in the 3D flash memory.

따라서, 단계(S850)에서 3차원 플래시 메모리는, 선택된 셀 스트링(sel CSTR)의 비트 라인(sel BL0)에 제1 전압이 인가되고 선택된 워드 라인(sel WL)에 검증 전압이 인가되며 비선택된 워드 라인들 각각에 판독 전압이 인가되고 백 게이트(BG)에 양의 값의 전압이 인가됨에 응답하여, 대상 메모리 셀에 대한 판독 동작을 수행할 수 있다.Accordingly, in step S850, the 3D flash memory applies a first voltage to the bit line (sel BL0) of the selected cell string (sel CSTR), a verification voltage is applied to the selected word line (sel WL), and the unselected word In response to a read voltage being applied to each of the lines and a positive voltage being applied to the back gate (BG), a read operation may be performed on the target memory cell.

이상 설명된 판독 동작 방법은, 프로그램 동작 후 판독 시 백 게이트(BG)에 양의 값의 전압이 인가되어 수행됨으로써, 기존의 방식에 비해 셀 전류를 개선하는 효과를 도모할 수 있다.The read operation method described above is performed by applying a positive voltage to the back gate (BG) when reading after a program operation, thereby achieving the effect of improving cell current compared to the existing method.

도 10 내지 11은 도 4에 도시된 3차원 플래시 메모리가 수행하는 프로그램 동작 및 판독 동작에서의 인가 전압들의 펄스를 도시한 도면이다.FIGS. 10 and 11 are diagrams showing pulses of applied voltages in a program operation and a read operation performed by the three-dimensional flash memory shown in FIG. 4.

이상 도 7 및 8을 참조하여 설명된, 백 게이트(BG)를 포함하는 구조의 3차원 플래시 메모리가 수행하는 프로그램 동작 및 판독 동작에서의 인가 전압들의 펄스는 도 10 또는 11에 도시된 바와 같다.The pulses of applied voltages in the program operation and read operation performed by the three-dimensional flash memory with a structure including a back gate (BG), described above with reference to FIGS. 7 and 8, are as shown in FIG. 10 or 11.

도 12는 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.Figure 12 is a perspective view schematically showing an electronic system including a three-dimensional flash memory according to embodiments.

도 12를 참조하면, 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템(1200)은 메인 기판(1201)과, 메인 기판(1201)에 실장되는 컨트롤러(1202), 하나 이상의 반도체 패키지(1203) 및 DRAM(1204)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12, an electronic system 1200 including a three-dimensional flash memory according to embodiments includes a main board 1201, a controller 1202 mounted on the main board 1201, and one or more semiconductor packages 1203. ) and DRAM 1204.

반도체 패키지(1203) 및 DRAM(1204)은 메인 기판(1201)에 제공되는 배선 패턴들(1205)에 의해 컨트롤러(1202)와 서로 연결될 수 있다.The semiconductor package 1203 and the DRAM 1204 may be connected to the controller 1202 through wiring patterns 1205 provided on the main board 1201.

메인 기판(1201)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀들을 포함하는 커넥터(1206)를 포함할 수 있다. 커넥터(1206)에서 복수의 핀들의 개수와 배치는, 전자 시스템(1200)과 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다.The main board 1201 may include a connector 1206 including a plurality of pins coupled to an external host. The number and arrangement of a plurality of pins in the connector 1206 may vary depending on the communication interface between the electronic system 1200 and an external host.

전자 시스템(1200)은, 예를 들어, USB(Universal Serial Bus), PCIExpress(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 전자 시스템(1200)은 예를 들어, 커넥터(1206)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 전자 시스템(1200)은 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 컨트롤러(1202) 및 반도체 패키지(1203)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 있다.For example, the electronic system 1200 may use any of the interfaces such as Universal Serial Bus (USB), Peripheral Component Interconnect Express (PCIExpress), Serial Advanced Technology Attachment (SATA), and M-Phy for Universal Flash Storage (UFS). Depending on one, you can communicate with an external host. The electronic system 1200 may operate by, for example, power supplied from an external host through the connector 1206. The electronic system 1200 may further include a Power Management Integrated Circuit (PMIC) that distributes power supplied from an external host to the controller 1202 and the semiconductor package 1203.

컨트롤러(1202)는 반도체 패키지(1203)에 데이터를 기록하거나, 반도체 패키지(1203)로부터 데이터를 읽어올 수 있으며, 전자 시스템(1200)의 동작 속도를 개선할 수 있다.The controller 1202 can write data to or read data from the semiconductor package 1203 and improve the operating speed of the electronic system 1200.

DRAM(1204)은 데이터 저장 공간인 반도체 패키지(1203)와 외부 호스트의 속도 차이를 완화하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다. 전자 시스템(1200)에 포함되는 DRAM(1204)은 일종의 캐시 메모리로도 동작할 수 있으며, 반도체 패키지(1203)에 대한 제어 동작에서 임시로 데이터를 저장하기 위한 공간을 제공할 수도 있다. 전자 시스템(1200)에 DRAM(1204)이 포함되는 경우, 컨트롤러(1202)는 반도체 패키지(1203)를 제어하기 위한 NAND 컨트롤러 외에 DRAM(1204)을 제어하기 위한 DRAM 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The DRAM 1204 may be a buffer memory to alleviate the speed difference between the semiconductor package 1203, which is a data storage space, and an external host. The DRAM 1204 included in the electronic system 1200 may operate as a type of cache memory and may provide space for temporarily storing data during control operations for the semiconductor package 1203. When the electronic system 1200 includes the DRAM 1204, the controller 1202 may further include a DRAM controller for controlling the DRAM 1204 in addition to a NAND controller for controlling the semiconductor package 1203.

반도체 패키지(1203)는 서로 이격된 제1 및 제2 반도체 패키지들(1203a, 1203b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(1203a, 1203b)은 각각 복수의 반도체 칩들(1220)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(1203a, 1203b) 각각은, 패키지 기판(1210), 패키지 기판(1210) 상의 반도체 칩들(1220), 반도체 칩들(1220) 각각의 하부면에 배치되는 접착층들(1230), 반도체 칩들(1220)과 패키지 기판(1210)을 전기적으로 연결하는 연결 구조체들(1240) 및 패키지 기판(1210) 상에서 반도체 칩들(1220) 및 연결 구조체들(1240)을 덮는 몰딩층(1250)을 포함할 수 있다.The semiconductor package 1203 may include first and second semiconductor packages 1203a and 1203b that are spaced apart from each other. The first and second semiconductor packages 1203a and 1203b may each include a plurality of semiconductor chips 1220. Each of the first and second semiconductor packages 1203a and 1203b includes a package substrate 1210, semiconductor chips 1220 on the package substrate 1210, and adhesive layers 1230 disposed on the lower surfaces of each of the semiconductor chips 1220. ), connection structures 1240 that electrically connect the semiconductor chips 1220 and the package substrate 1210, and a molding layer 1250 that covers the semiconductor chips 1220 and the connection structures 1240 on the package substrate 1210. may include.

패키지 기판(1210)은 패키지 상부 패드들(1211)을 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 각각의 반도체 칩들(1220)은 입출력 패드들(1221)을 포함할 수 있다. 반도체 칩들(1220) 각각은 도 3 또는 4를 참조하여 전술된 3차원 플래시 메모리를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체 칩들(1220) 각각은 게이트 적층 구조체들(1222) 및 메모리 채널 구조체들(1223)을 포함할 수 있다. 게이트 적층 구조체들(1222)은 상술한 적층 구조체들(ST)에 해당할 수 있고, 메모리 채널 구조체들(1223)은 상술한 수직 채널 구조체들(VS)에 해당할 수 있다. 이에, 전술된 개선된 프로그램 동작은, 반도체 칩들(1220) 각각에서 수행될 수 있다.The package substrate 1210 may be a printed circuit board including upper package pads 1211. Each semiconductor chip 1220 may include input/output pads 1221. Each of the semiconductor chips 1220 may include the three-dimensional flash memory described above with reference to FIG. 3 or 4. More specifically, each of the semiconductor chips 1220 may include gate stacked structures 1222 and memory channel structures 1223. The gate stacked structures 1222 may correspond to the above-described stacked structures (ST), and the memory channel structures 1223 may correspond to the above-described vertical channel structures (VS). Accordingly, the above-described improved program operation can be performed on each of the semiconductor chips 1220.

연결 구조체들(1240)은 예를 들어, 입출력 패드들(1221)과 패키지 상부 패드들(1211)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어들일 수 있다. 따라서, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(1203a, 1203b)에서, 반도체 칩들(1220)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(1210)의 패키지 상부 패드들(1211)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(1203a, 1203b)에서, 반도체 칩들(1220)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조체들(1240) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.The connection structures 1240 may be, for example, bonding wires that electrically connect the input/output pads 1221 and the top pads of the package 1211. Accordingly, in each of the first and second semiconductor packages 1203a and 1203b, the semiconductor chips 1220 may be electrically connected to each other using a bonding wire method, and may be electrically connected to the package upper pads 1211 of the package substrate 1210. Can be electrically connected. According to embodiments, in each of the first and second semiconductor packages 1203a and 1203b, the semiconductor chips 1220 are connected to a through electrode (Through Silicon Via) instead of the bonding wire-type connection structures 1240. They may be electrically connected to each other.

도시된 바와 달리, 컨트롤러(1202)와 반도체 칩들(1220)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 메인 기판(1201)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(1202)와 반도체 칩들(1220)이 실장되고, 인터포저 기판에 제공되는 배선에 의해 컨트롤러(1202)와 반도체 칩들(1220)이 서로 연결될 수도 있다.Unlike shown, the controller 1202 and the semiconductor chips 1220 may be included in one package. The controller 1202 and the semiconductor chips 1220 may be mounted on a separate interposer board different from the main board 1201, and the controller 1202 and the semiconductor chips 1220 may be connected to each other by wiring provided on the interposer board. there is.

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, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

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

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 이격되며 배치되는 워드 라인들; 및 상기 워드 라인들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 셀 스트링들-상기 셀 스트링들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-을 포함하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법에 있어서,
상기 셀 스트링들 중 상기 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가하는 단계;
상기 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계; 및
상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 상기 음의 값의 전압이 인가되고 상기 선택된 워드 라인에 상기 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 선택된 셀 스트링에 포함되는 상기 수직 채널 패턴에 채널을 형성함으로써 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 수직 채널 패턴이 상기 수직 채널 패턴에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함하는 경우, 상기 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계는,
상기 워드 라인들 중 상기 선택된 워드 라인을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들 각각을 플로팅(Floating)시키는 단계; 및
상기 백 게이트에 패스 전압을 인가하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법.
word lines extending in the horizontal direction on the substrate and arranged to be spaced apart in the vertical direction; and cell strings extending in the vertical direction and passing through the word lines - each of the cell strings covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. A program operation method for a three-dimensional flash memory comprising a vertical channel pattern formed, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern constitute memory cells corresponding to the word lines,
applying a negative voltage to a bit line of a selected cell string corresponding to a target memory cell that is the target of the program operation among the cell strings;
applying a program voltage to a selected word line corresponding to the target memory cell among the word lines; and
In response to applying the negative voltage to the bit line of the selected cell string and applying the program voltage to the selected word line, the target memory is formed by forming a channel in the vertical channel pattern included in the selected cell string. performing the program operation on the cell
Including,
When the vertical channel pattern includes a back gate extending in the vertical direction with at least a portion surrounded by the vertical channel pattern, applying a program voltage to the selected word line includes:
floating each of the remaining unselected word lines, excluding the selected word line; and
Applying a pass voltage to the back gate
A program operation method of a three-dimensional flash memory comprising:
제5항에 있어서,
상기 비선택된 워드 라인들 각각을 플로팅시키는 단계는,
상기 비선택된 워드 라인들 각각이 플로팅됨에 따라, 상기 비선택된 워드 라인들에 상기 패스 전압이 인가됨에 의한 방해(Disturb) 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법.
According to clause 5,
The step of floating each of the unselected word lines is,
As each of the unselected word lines is floated, a disturbance phenomenon caused by the pass voltage being applied to the unselected word lines is prevented.
기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 이격되며 배치되는 워드 라인들; 및 상기 워드 라인들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 셀 스트링들-상기 셀 스트링들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-을 포함하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법에 있어서,
상기 셀 스트링들 중 상기 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 음의 값의 전압을 인가하는 단계;
상기 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계; 및
상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 상기 음의 값의 전압이 인가되고 상기 선택된 워드 라인에 상기 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 선택된 셀 스트링에 포함되는 상기 수직 채널 패턴에 채널을 형성함으로써 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 수직 채널 패턴이 상기 수직 채널 패턴에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함하는 경우, 상기 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계는,
상기 워드 라인들 중 상기 선택된 워드 라인을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들 각각에 접지 전압을 인가하는 단계; 및
상기 백 게이트에 패스 전압을 인가하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법.
word lines extending in the horizontal direction on the substrate and arranged to be spaced apart in the vertical direction; and cell strings extending in the vertical direction and passing through the word lines - each of the cell strings covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. A program operation method for a three-dimensional flash memory comprising a vertical channel pattern formed, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern constitute memory cells corresponding to the word lines,
applying a negative voltage to a bit line of a selected cell string corresponding to a target memory cell that is the target of the program operation among the cell strings;
applying a program voltage to a selected word line corresponding to the target memory cell among the word lines; and
In response to applying the negative voltage to the bit line of the selected cell string and applying the program voltage to the selected word line, the target memory is formed by forming a channel in the vertical channel pattern included in the selected cell string. performing the program operation on the cell
Including,
When the vertical channel pattern includes a back gate extending in the vertical direction with at least a portion surrounded by the vertical channel pattern, applying a program voltage to the selected word line includes:
applying a ground voltage to each of the unselected word lines, excluding the selected word line; and
Applying a pass voltage to the back gate
A program operation method of a three-dimensional flash memory comprising:
제7항에 있어서,
상기 비선택된 워드 라인들 각각을 플로팅시키는 단계는,
상기 비선택된 워드 라인들 각각에 상기 접지 전압이 인가됨에 따라, 상기 비선택된 워드 라인들에 상기 패스 전압이 인가됨에 의한 방해 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 프로그램 동작 방법.
In clause 7,
The step of floating each of the unselected word lines is,
As the ground voltage is applied to each of the unselected word lines, an interference phenomenon caused by the pass voltage being applied to the unselected word lines is prevented.
삭제delete 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 이격되며 배치되는 워드 라인들; 및 상기 워드 라인들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 셀 스트링들-상기 셀 스트링들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성하며, 상기 수직 채널 패턴은 상기 수직 채널 패턴에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함함-을 포함하는 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 방법에 있어서,
상기 셀 스트링들 중 상기 판독 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 접지 전압보다 높은 제1 전압을 인가하는 단계;
상기 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 검증 전압을 인가하는 단계;
상기 워드 라인들 중 상기 선택된 워드 라인을 제외한 나머지 비선택된 워드 라인들 각각에 판독 전압을 인가하는 단계;
상기 백 게이트에 양의 값의 전압을 인가하는 단계; 및
상기 선택된 셀 스트링의 비트 라인에 제1 전압이 인가되고 상기 선택된 워드 라인에 상기 검증 전압이 인가되며 상기 비선택된 워드 라인들 각각에 패스 전압이 인가되고 상기 백 게이트에 상기 양의 값의 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 판독 동작을 수행하는 단계
를 포함하는 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 방법.
word lines extending in the horizontal direction on the substrate and arranged to be spaced apart in the vertical direction; and cell strings extending in the vertical direction and passing through the word lines - each of the cell strings covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. A vertical channel pattern is formed, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern constitute memory cells corresponding to the word lines, and the vertical channel pattern is at least partially surrounded by the vertical channel pattern. A read operation method of a three-dimensional flash memory comprising a back gate extending in a vertical direction, comprising:
applying a first voltage higher than the ground voltage to a bit line of a selected cell string corresponding to a target memory cell that is the target of the read operation among the cell strings;
applying a verification voltage to a selected word line corresponding to the target memory cell among the word lines;
applying a read voltage to each of the unselected word lines other than the selected word line;
applying a positive voltage to the back gate; and
A first voltage is applied to the bit line of the selected cell string, the verification voltage is applied to the selected word line, a pass voltage is applied to each of the unselected word lines, and the positive voltage is applied to the back gate. In response to being selected, performing the read operation on the target memory cell.
A method of reading a three-dimensional flash memory comprising:
제10항에 있어서,
상기 백 게이트에 양의 값의 전압을 인가하는 단계는,
상기 3차원 플래시 메모리에서의 셀 전류를 개선하기 위해, 상기 양의 값의 전압을 상기 백 게이트에 인가하는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 판독 동작 방법.
According to clause 10,
The step of applying a positive voltage to the back gate is,
A read operation method for a three-dimensional flash memory, characterized in that the step of applying the positive voltage to the back gate in order to improve cell current in the three-dimensional flash memory.
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