KR20120069110A - Semiconductor memory device and method of operating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A semiconductor memory device and an operating method thereof are provided to improve an operation property by performing a program operation of a first memory string independently of a second memory string. CONSTITUTION: A first vertical memory string is connected between a pipe transistor and a common source line. A second vertical memory string is vertically connected between the pipe transistor and the bit line. An operation circuit group(130,140,150,160,170) outputs a pipe gate voltage for applying a program voltage, a pass voltage, and a pipe transistor. A control circuit(120) controls an operation circuit group for preventing the connection of the first vertical memory string and the second vertical memory string when the program operation of the second vertical memory string is performed.

Description

반도체 메모리 장치 및 이의 동작 방법{Semiconductor memory device and method of operating the same}Semiconductor memory device and method of operating same

본 발명은 반도체 메모리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것으로, 특히 3차원 구조의 메모리 어레이를 포함하는 반도체 메모리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of operating the same, and more particularly, to a semiconductor memory device including a memory array having a three-dimensional structure and a method of operating the same.

반도체 메모리 소자는 휘발성 메모리 소자와 비휘발성 메모리 소자를 포함한다. 비휘발성 메모리 소자는 전원공급이 차단되더라도 저장된 데이터가 그대로 유지되는 메모리 소자이다. 최근 실리콘 기판상에 단층으로 메모리 소자를 제조하는 2차원 구조의 메모리 소자의 집적도 향상이 한계에 도달함에 따라, 실리콘 기판으로부터 수직으로 메모리 셀을 적층하는 3차원 구조의 반도체 메모리 소자가 제안되고 있다. The semiconductor memory device includes a volatile memory device and a nonvolatile memory device. A non-volatile memory device is a memory device in which stored data is retained even if power supply is interrupted. Recently, as the degree of integration of a memory device having a two-dimensional structure in which a memory device is manufactured in a single layer on a silicon substrate has reached a limit, a semiconductor memory device having a three-dimensional structure in which memory cells are stacked vertically from a silicon substrate has been proposed.

메모리 소자의 구조가 변경됨에 따라 동작 방법도 달라진다. 따라서, 3차원 구조의 반도체 메모리 소자의 전기적 특성을 향상시키기 위한 새로운 방안들이 제안되고 있다.
As the structure of the memory device is changed, the operation method also changes. Therefore, new methods for improving the electrical characteristics of a three-dimensional semiconductor memory device have been proposed.

본 발명의 실시예는 반도체 기판과 비트라인 사이에 수직으로 연결되는 제1 메모리 스트링의 프로그램 동작을 반도체 기판과 공통 소스 라인 사이에 수직으로 연결되는 제2 메모리 스트링과 독립적으로 수행함으로써, 소비 전력을 줄이고 동작 특성을 향상시킬 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, a program operation of a first memory string vertically connected between a semiconductor substrate and a bit line is performed independently of a second memory string vertically connected between a semiconductor substrate and a common source line, thereby reducing power consumption. Can reduce and improve the operating characteristics.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 반도체 기판에 형성된 파이프 트랜지스터와 공통 소스 라인 사이에 연결된 제1 수직 메모리 스트링, 파이프 트랜지스터와 비트라인 사이에 수직으로 연결된 제2 수직 메모리 스트링을 포함하는 메모리 스트링들과, 메모리 스트링에 포함된 메모리 셀들의 프로그램 동작을 위해 선택된 워드라인에 인가하기 위한 프로그램 전압, 비선택 워드라인들에 인가하기 위한 패스 전압 및 파이프 트랜지스터에 인가하기 위한 파이프 게이트 전압을 출력하도록 구성된 동작 회로 그룹, 및 제2 수직 메모리 스트링의 프로그램 동작을 실시할 때 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들의 연결을 차단하기 위하여 동작 회로 그룹을 제어 하도록 구성된 제어 회로를 포함한다. A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a memory string including a first vertical memory string connected between a pipe transistor and a common source line formed on a semiconductor substrate, and a second vertical memory string vertically connected between the pipe transistor and a bit line. And a program voltage for applying to a selected word line for a program operation of memory cells included in the memory string, a pass voltage for applying to unselected word lines, and a pipe gate voltage for applying to a pipe transistor. And a control circuit configured to control the operation circuit group to disconnect the connection of the first and second vertical memory strings when performing a program operation of the second vertical memory string.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 반도체 기판에 형성된 파이프 트랜지스터와 공통 소스 라인 사이에 연결된 제1 수직 메모리 스트링, 파이프 트랜지스터와 비트라인 사이에 수직으로 연결된 제2 수직 메모리 스트링을 포함하는 메모리 스트링들이 제공되는 단계와, 파이프 트랜지스터를 이용하여 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들의 연결을 차단하는 단계, 및 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들의 연결이 차단된 상태에서 제2 수직 메모리 스트링의 선택된 메모리 셀의 프로그램 동작을 실시하는 단계를 포함한다.
A method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a first vertical memory string connected between a pipe transistor and a common source line formed on a semiconductor substrate, and a second vertical memory string vertically connected between the pipe transistor and a bit line. Providing memory strings, disconnecting the first and second vertical memory strings using a pipe transistor, and disconnecting the first and second vertical memory strings from the second vertical memory string. And performing a program operation of the selected memory cell of.

본 발명의 실시예는 반도체 기판과 비트라인 사이에 수직으로 연결되는 제1 메모리 스트링의 프로그램 동작을 반도체 기판과 공통 소스 라인 사이에 수직으로 연결되는 제2 메모리 스트링과 독립적으로 수행함으로써, 소비 전력을 줄이고 동작 특성을 향상시킬 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, a program operation of a first memory string vertically connected between a semiconductor substrate and a bit line is performed independently of a second memory string vertically connected between a semiconductor substrate and a common source line, thereby reducing power consumption. Can reduce and improve the operating characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 메모리 블록을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 도 2의 회로를 구현한 반도체 소자의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
1 is a circuit diagram illustrating a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the memory block shown in FIG. 1.
3 is a perspective view illustrating a structure of a semiconductor device implementing the circuit of FIG. 2.
4A and 4B are waveform diagrams illustrating a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 회로도이다. 1 is a circuit diagram illustrating a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 다수의 메모리 블록들(110B)을 포함하는 메모리 어레이(110), 메모리 셀 블록(110B)에 포함된 메모리 셀들의 프로그램 동작 또는 리드 동작을 수행하도록 구성된 동작 회로 그룹(130, 140, 150, 160, 170, 180), 동작 회로 그룹(130, 140, 150, 160, 170, 180)을 제어하도록 구성된 제어 회로(120)를 포함한다. 낸드 플래시 메모리 장치의 경우, 동작 회로 그룹은 전압 공급 회로(130, 140), 페이지 버퍼 그룹(150), 열선택 회로(160) 및 입출력 회로(170)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention may include a memory array 110 including a plurality of memory blocks 110B and a program operation or read of memory cells included in the memory cell block 110B. An operation circuit group 130, 140, 150, 160, 170, 180 configured to perform an operation, and a control circuit 120 configured to control the operation circuit group 130, 140, 150, 160, 170, 180. . In the case of the NAND flash memory device, the operation circuit group includes the voltage supply circuits 130 and 140, the page buffer group 150, the column selection circuit 160, and the input / output circuit 170.

메모리 어레이(110)의 메모리 블록들(110B)을 비트라인들(BL1~BLk)과 공통 소스 라인 사이에 접속된 다수의 스트링들을 포함하며, 구체적인 구조는 후술하기로 한다. The memory blocks 110B of the memory array 110 include a plurality of strings connected between the bit lines BL1 to BLk and the common source line, and a detailed structure thereof will be described later.

제어 회로(120)는 외부 컨트롤러(미도시)로부터 입력되는 명령 신호(CMD)에 응답하여 프로그램 동작, 독출 동작 또는 소거 동작을 위한 내부 명령 신호(CMDi)를 출력하고, 동작의 종류에 따라 페이지 버퍼 그룹(150)에 포함된 페이지 버퍼들을 제어하기 위한 제어 신호들(PS SIGNALS)을 출력한다. 또한, 제어 회로(120)는 어드레스 신호(ADD)에 응답하여 로우 어드레스 신호(RADD)와 컬럼 어드레스 신호(CADD)를 출력한다. The control circuit 120 outputs an internal command signal CMDi for a program operation, a read operation, or an erase operation in response to a command signal CMD input from an external controller (not shown), and according to the type of operation, a page buffer. The control signals PS SIGNALS for controlling the page buffers included in the group 150 are output. In addition, the control circuit 120 outputs the row address signal RADD and the column address signal CADD in response to the address signal ADD.

전압 공급 회로(130, 140)는 제어 회로(120)의 내부 명령 신호(CMDi)에 응답하여 메모리 셀들의 소거 동작, 리드 동작 또는 프로그램 동작에 필요한 동작 전압들(예, 프로그램의 경우 Vpgm, Vpass, Vpg)을 선택된 메모리 셀 블록의 드레인 셀렉트 라인(DSL), 워드라인들(WL0, ..., WLn), 패스 게이트(PG) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)으로 공급한다. 이러한 전압 공급 회로는 전압 발생 회로(130) 및 로우 디코더(140)를 포함한다. The voltage supply circuits 130 and 140 may operate in response to the internal command signal CMDi of the control circuit 120 to perform operation voltages (eg, Vpgm, Vpass, Vpg) is supplied to the drain select line DSL, the word lines WL0,..., WLn, the pass gate PG, and the source select line SSL of the selected memory cell block. This voltage supply circuit includes a voltage generator circuit 130 and a row decoder 140.

전압 발생 회로(130)는 제어 회로(120)의 내부 명령 신호(CMDi)에 응답하여 메모리 셀들의 소거 동작, 리드 동작 또는 프로그램 동작을 위한 동작 전압들을 글로벌 라인들로 출력한다. 프로그램 동작을 실시할 때 선택된 메모리 셀들에 인가하기 위한 프로그램 전압(Vpgm)과, 비선택된 메모리 셀들에 인가하기 위한 패스 전압(Vpass)과 파이프 게이트에 인가하기 위한 파이프 게이트 전압(Vpg)을 글로벌 라인들로 출력한다. The voltage generation circuit 130 outputs operating voltages for erase, read, or program operations of the memory cells as global lines in response to the internal command signal CMDi of the control circuit 120. In the program operation, the program lines Vpgm for applying to selected memory cells, a pass voltage Vpass for applying to unselected memory cells, and a pipe gate voltage Vpg for applying to a pipe gate are applied to the global lines. Will output

로우 디코더(140)는 제어 회로(120)의 로우 어드레스 신호들(RADD)에 응답하여, 전압 발생 회로(130)에서 발생된 동작 전압들을 메모리 셀 어레이(110)의 메모리 셀 블록들 중 선택된 메모리 셀 블록(110-1)의 로컬 라인들(DSL, WL0~WLn, PG, SSL)로 전달한다.In response to the row address signals RADD of the control circuit 120, the row decoder 140 may select operating voltages generated by the voltage generation circuit 130 to select one of the memory cell blocks of the memory cell array 110. Transfers to local lines DSL, WL0 to WLn, PG, and SSL of block 110-1.

페이지 버퍼 그룹(150)은 다수의 페이지 버퍼들(미도시)을 포함한다. 페이지 버퍼들은 비트라인들(BL1, ..., BLk)과 각각 연결될 수 있으며, 이븐 비트라인과 오드 비트라인을 포함하는 한쌍의 비트라인들마다 연결될 수도 있다. 각각의 페이지 버퍼는 제어 회로(120)의 제어 신호들(PB SIGNALS)에 따라 셀들(Ca0, ..., Ck0)에 데이터를 저장하거나 셀들로부터 데이터를 독출하기 위하여 비트라인들(BL1, ..., BLk)의 전압을 조절한다. The page buffer group 150 includes a plurality of page buffers (not shown). The page buffers may be connected to the bit lines BL1 to BLk, and may be connected to each pair of bit lines including the even bit line and the odd bit line. Each page buffer stores the data in the cells Ca0, ..., Ck0 or reads the data from the cells according to the control signals PB SIGNALS of the control circuit 120. Adjust the voltage of BLk).

열선택 회로(160)는 제어 회로(120)에서 출력된 컬럼 어드레스 신호(CADD)에 응답하여 페이지 버퍼 그룹(150)에 포함된 페이지 버퍼들을 선택한다. 컬럼 선택 회로(160)에 의해 선택된 페이지 버퍼로 메모리 셀에 저장하기 위한 데이터가 입력되거나 메모리 셀로부터 센싱된 데이터가 선택된 페이지 버퍼로부터 출력된다.The column selection circuit 160 selects the page buffers included in the page buffer group 150 in response to the column address signal CADD output from the control circuit 120. Data for storing in the memory cell is input to the page buffer selected by the column selection circuit 160, or data sensed from the memory cell is output from the selected page buffer.

입출력 회로(170)는 프로그램 동작 시 메모리 셀들에 저장하기 위해 외부로부터 입력된 데이터를 페이지 버퍼 그룹(150)으로 입력하기 위하여 제어 회로(120)의 제어에 따라 데이터를 열선택 회로(160)에 전달한다. 열선택 회로(160)는 전달된 데이터를 페이지 버퍼 그룹(150)의 페이지 버퍼들에 차례대로 전달하면 페이지 버퍼들은 입력된 데이터를 내부 래치에 저장한다. 또한, 리드 동작 시 입출력 회로(170)는 페이지 버퍼 그룹(150)의 페이지 버퍼들로부터 컬럼 선택 회로(160)를 통해 전달된 데이터를 외부로 출력한다.The input / output circuit 170 transfers data to the column selection circuit 160 under the control of the control circuit 120 to input data input from the outside into the page buffer group 150 for storage in memory cells during a program operation. do. The column selection circuit 160 sequentially transfers the transferred data to the page buffers of the page buffer group 150, and the page buffers store the input data in an internal latch. In addition, during the read operation, the input / output circuit 170 outputs data transferred through the column select circuit 160 from the page buffers of the page buffer group 150 to the outside.

이어서, 메모리 블록은 3차원 구조의 메모리 스트링들을 포함하며, 이러한 메모리 블록의 구조를 설명하면 다음과 같다. Subsequently, the memory block includes memory strings having a three-dimensional structure. The structure of the memory block will be described below.

도 2는 도 1에 도시된 메모리 블록을 설명하기 위한 회로도이다. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the memory block shown in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 메모리 블록은 다수의 메모리 스트링들(STa~STd, 편의상 4개의 스트링들만 도시됨)을 포함한다. 단위 메모리 스트링(STa)은 드레인이 비트라인(BL)과 연결되는 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST), 소스가 소스 라인(SL)과 연결되는 소스 셀렉트 트랜지스터(SST), 셀렉트 트랜지스터들(드레인 셀렉트 트랜지스터 및 소스 셀렉트 트랜지스터) 사이에 직렬로 연결된 다수의 메모리 셀들(C0~C15)을 포함한다. 여기서, 메모리 셀들의 개수는 설계에 따라 변경될 수 있으며, 이하에서는 메모리 셀들이 16개인 경우를 예로써 설명하기로 한다. Referring to FIG. 2, a memory block includes a plurality of memory strings STa to STd (only four strings are shown for convenience). The unit memory string STa includes a drain select transistor DST having a drain connected to the bit line BL, a source select transistor SST having a source connected to the source line SL, and select transistors (drain select transistor and source). The plurality of memory cells C0 to C15 connected in series between the select transistors are included. Here, the number of memory cells may be changed according to design, and the following description will be given by using 16 memory cells as an example.

3차원 구조의 메모리 스트링의 중간에 위치하는 한쌍의 메모리 셀들(C7, C8) 사이에 파이프 트랜지스터(PT)가 연결된다. 따라서, 셀 스트링에 포함된 메모리 셀들(C0~C15) 중 일부 메모리 셀들(C0~C7)은 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)와 파이프 트랜지스터(PT) 사이에 직렬로 연결되어 제1 수직 메모리 스트링(STaB)을 구성하고, 나머지 메모리 셀들(C8~C15)은 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)와 파이프 트랜지스터(PTr) 사이에 직렬로 연결되어 제2 수직 메모리 스트링(STaU)을 구성한다. The pipe transistor PT is connected between the pair of memory cells C7 and C8 positioned in the middle of the three-dimensional memory string. Accordingly, some of the memory cells C0 to C7 of the memory cells C0 to C15 included in the cell string are connected in series between the source select transistor SST and the pipe transistor PT to form a first vertical memory string STaB. The remaining memory cells C8 ˜ C15 are connected in series between the drain select transistor DST and the pipe transistor PTr to form a second vertical memory string STaU.

파이프 트랜지스터(PT)는 기판에 형성된다. 제2 수직 메모리 스트링의 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)와 메모리 셀들(C8~C15)은 기판으로부터 수직 방향으로 비트라인(BL)과 파이프 트랜지스터(PT) 사이에 직렬로 배열된다. 제2 수직 메모리 스트링의 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(C0~C7)은 기판으로부터 수직 방향으로 소스 라인(SL)과 파이프 트랜지스터(PT) 사이에 직렬로 배열된다. 제1 수직 메모리 스트링의 메모리 셀들(C0~C7)과 제2 수직 메모리 스트링의 메모리 셀들(C8~C15)의 수는 동일한 것이 바람직하다. 메모리 셀들(C0~C15)에 수직으로 배열됨에 따라 제1 수직 메모리 스트링(STaB)과 제2 수직 메모리 스트링(STaU)의 채널 방향은 기판과 수직 방향이 된다. 그리고 메모리 스트링(STa)의 메모리 셀들(C0~C15)이 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들로 나누어짐에 따라, 하나의 스트링에는 기판으로부터 수직한 2개의 수직 채널층을 포함하게 된다. The pipe transistor PT is formed on the substrate. The drain select transistor DST and the memory cells C8 to C15 of the second vertical memory string are arranged in series between the bit line BL and the pipe transistor PT in a vertical direction from the substrate. The source select transistor SST and the memory cells C0 to C7 of the second vertical memory string are arranged in series between the source line SL and the pipe transistor PT in a vertical direction from the substrate. The number of memory cells C0 to C7 of the first vertical memory string and the memory cells C8 to C15 of the second vertical memory string are preferably the same. As arranged perpendicularly to the memory cells C0 to C15, the channel direction of the first vertical memory string STaB and the second vertical memory string STaU is perpendicular to the substrate. As the memory cells C0 to C15 of the memory string ST are divided into first and second vertical memory strings, one string includes two vertical channel layers perpendicular to the substrate.

여기서, 파이프 트랜지스터(PTr)는 제1 수직 메모리 스트링(STaB)의 채널층과 제2 수직 메모리 스트링(STaU)의 채널층을 전기적으로 연결시키는 동작을 수행한다. 즉, 파이프 트랜지스터(PTr)는 제1 수직 메모리 스트링(STaB)에 포함된 메모리 셀들(C0~C7)의 채널 영역과 제2 수직 메모리 스트링(STaU)의 메모리 셀들(C8~C15)의 채널 영역을 전기적으로 연결시켜주는 동작을 수행한다. 3차원 메모리 스트링을 포함하는 반도체 소자의 구조를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Here, the pipe transistor PTr electrically connects the channel layer of the first vertical memory string STaB and the channel layer of the second vertical memory string STaU. That is, the pipe transistor PTr may divide the channel region of the memory cells C0 to C7 included in the first vertical memory string STaB and the channel region of the memory cells C8 to C15 of the second vertical memory string STaU. Performs an electrical connection. The structure of the semiconductor device including the 3D memory string will be described in more detail as follows.

도 3은 도 2의 회로를 구현한 반도체 소자의 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating a structure of a semiconductor device implementing the circuit of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 메모리 블록에는 복수의 메모리 스트링(MS)이 제공된다. 후술하는 바와 같이, 각 메모리 스트링(MS)은 복수의 전기적으로 재기록이 가능한 메모리 셀들(C0~C15)을 포함하고, 메모리 셀들(C0~C15)은 직렬 연결된다. 메모리 스트링(MS)을 구성하는 메모리 셀들(C0~C15)은 복수의 반도체 층을 적층시켜 형성된다. 각 메모리 스트링(MS)은 U자형 채널층(SC), 워드 라인들(WL0-WL15) 및 파이프 게이트(PG)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a memory block MS is provided with a plurality of memory strings MS. As will be described later, each memory string MS includes a plurality of electrically rewritable memory cells C0 to C15, and the memory cells C0 to C15 are connected in series. Memory cells C0 to C15 constituting the memory string MS are formed by stacking a plurality of semiconductor layers. Each memory string MS includes a U-shaped channel layer SC, word lines WL0-WL15 and a pipe gate PG.

U자형 채널층(SC)은 행 방향에서 볼 때 U자형으로 형성된다. U자형 채널층(SC)은 반도체 기판(Ba)에 대해 실질적으로 수직방향으로 연장하는 한 쌍의 주상부들(columnar portions) 및 주상부들(CLa, CLb)의 하단부를 연결하도록 형성된 연결부(JP)를 포함한다. 주상부(CLa, CLb)는 원통 기둥형이나 각주형일 수 있다. 또한, 주상부(CLa, CLb)는 기둥형일 수 있다. 여기서, 행 방향은 적층 방향에 직각 방향이고, 후술하는 열 방향은 적층 방향과 행 방향에 직각 방향이다.The U-shaped channel layer SC is formed in a U shape when viewed in the row direction. The U-shaped channel layer SC connects a pair of columnar portions extending substantially perpendicular to the semiconductor substrate Ba and a connection portion JP formed to connect lower ends of the columnar portions CLa and CLb. Include. The columnar portions CLa and CLb may be cylindrical columnar or prismatic. In addition, the columnar portions CLa and CLb may be columnar. Here, the row direction is a direction perpendicular to the stacking direction, and the column direction described later is a direction perpendicular to the stacking direction and the row direction.

U자형 채널층(SC)은 한쌍의 주상부들(CLa, CLb)의 중심축들을 연결하는 선이 열 방향에 평행이도록 배치된다. 또한, U자형 채널층(SC)은 행 방향과 열 방향으로 형성되는 평면에 매트릭스를 형성하도록 배치된다.The U-shaped channel layer SC is arranged such that lines connecting the central axes of the pair of columnar portions CLa and CLb are parallel to the column direction. In addition, the U-shaped channel layer SC is arranged to form a matrix on a plane formed in the row direction and the column direction.

각 층의 워드 라인들(WL0~WL15)은 행 방향에 평행으로 연장하는 형태를 갖는다. 각 층의 워드 라인(WL0~WL15)은 서로 절연되고 분리되고 열 방향으로 소정 피치를 갖는 선들로 반복적으로 형성된다. 워드 라인(WL0)은 워드 라인(WL15)과 동일 층에 형성된다. 마찬가지로, 워드 라인(WL1)은 워드 라인(WL14)과 동일 층에, 워드 라인(WL6)은 워드 라인(WL9)과 동일층에, 워드 라인(WL7)은 워드 라인(WL8)과 동일 층에 형성된다.The word lines WL0 to WL15 of each layer have a form extending in parallel to the row direction. The word lines WL0 to WL15 of each layer are repeatedly formed of lines insulated from each other, separated from each other, and having a predetermined pitch in the column direction. The word line WL0 is formed on the same layer as the word line WL15. Similarly, the word line WL1 is formed on the same layer as the word line WL14, the word line WL6 is formed on the same layer as the word line WL9, and the word line WL7 is formed on the same layer as the word line WL8. do.

열 방향으로 동일 위치에 제공되고 행 방향으로 라인을 형성하는 메모리 셀들(C0~C15)의 게이트는 동일한 워드 라인들(WL0~WL15)에 각각 연결된다. 도시되지 않았지만, 각 워드 라인(WL0~WL15)의 행 방향의 단부는 계단형으로 형성된다. 각 워드라인(WL0~WL15)은 행 방향으로 일렬을 이루는 복수의 주상부를 둘러싸도록 형성된다.Gates of the memory cells C0 to C15 that are provided at the same position in the column direction and form a line in the row direction are respectively connected to the same word lines WL0 to WL15. Although not shown, the end portion in the row direction of each word line WL0 to WL15 is formed in a step shape. Each word line WL0 to WL15 is formed to surround a plurality of columnar portions arranged in a row in the row direction.

워드 라인들(WL0~WL15)과 주상부(CLa, CLb) 사이에 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)층(미도시)이 형성된다. ONO층은 주상부(CLa, CLb)에 인접한 터널 절연층, 터널 절연층에 인접한 전하 저장층 및 전하 저장층에 인접한 블록 절연층을 포함한다. 전하 저장층은 종래의 플로팅 게이트와 같이 전하를 축적하는 기능을 한다. 상기 구성을 달리 표현하면, 전하 저장층은 주상부(CLa, CLb) 및 연결부(JP)의 표면 전체를 둘러싸도록 형성되고, 각 워드 라인들(WL0~WL15)은 전하 저장층을 둘러싸도록 형성된다.An oxide-nitride-oxide (ONO) layer (not shown) is formed between the word lines WL0 to WL15 and the columnar portions CLa and CLb. The ONO layer includes a tunnel insulation layer adjacent to the columnar portions CLa and CLb, a charge storage layer adjacent to the tunnel insulation layer, and a block insulation layer adjacent to the charge storage layer. The charge storage layer functions to accumulate charge like a conventional floating gate. In other words, the charge storage layer is formed to surround the entire surfaces of the columnar portions CLa and CLb and the connection portion JP, and each of the word lines WL0 to WL15 is formed to surround the charge storage layer. .

드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)는 주상 채널층(CLa) 및 드레인 셀렉트 라인(DSL)을 포함한다. 주상 채널층(CLa)은 기판(Ba)에 대해 수직 방향으로 연장하도록 형성된다.The drain select transistor DST includes a columnar channel layer CLa and a drain select line DSL. The columnar channel layer CLa is formed to extend in a direction perpendicular to the substrate Ba.

드레인 셀렉트 라인(DSL)은 워드 라인들 중 최상위의 워드 라인(WL15)의 위쪽으로 제공된다. 드레인 셀렉트 라인(DSL)은 행 방향에 평행하게 연장하는 형태를 갖는다. 드레인 셀렉트 라인(DSL)은 소스 셀렉트 라인(SSL)을 사이에 끼도록 열 방향으로 교대하는 소정 피치를 갖는 선들로 반복적으로 형성된다. 드레인 셀렉트 라인(DSL)은 갭이 개재되어 행 방향으로 일렬로 된 복수의 주상 채널층(CLa) 각각을 둘러싸도록 형성된다.The drain select line DSL is provided above the top word line WL15 among the word lines. The drain select line DSL extends in parallel to the row direction. The drain select line DSL is repeatedly formed of lines having a predetermined pitch that alternates in the column direction so as to sandwich the source select line SSL. The drain select line DSL is formed to surround each of the plurality of columnar channel layers CLa arranged in a row direction with a gap interposed therebetween.

소스 셀렉트 트랜지스터(SST)는 주상 채널층(SLb) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)을 포함한다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 워드 라인들 중 최상위 워드 라인(WL0)의 위쪽으로 제공된다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 행 방향에 평행하게 연장하는 형태를 갖는다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 드레인 셀렉트 라인(DSL)을 사이에 끼도록 하는 열 방향으로 소정 피치를 갖는 선들로 반복적으로 형성된다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 갭이 개재되어 행 방향으로 일렬로 된 복수의 주상 채널층(CLb) 각각을 둘러싸도록 형성된다.The source select transistor SST includes a columnar channel layer SLb and a source select line SSL. The source select line SSL is provided above the most significant word line WL0 among the word lines. The source select line SSL has a form extending in parallel to the row direction. The source select line SSL is repeatedly formed of lines having a predetermined pitch in the column direction to sandwich the drain select line DSL. The source select line SSL is formed to surround each of the plurality of columnar channel layers CLb arranged in a row direction with a gap interposed therebetween.

파이프 게이트(PG)는 복수의 연결부(JP)의 하부를 덮도록 행 방향 및 열 방향으로 2차원적으로 연장하여 형성된다.The pipe gate PG extends two-dimensionally in the row direction and the column direction to cover the lower portions of the plurality of connection portions JP.

주상 채널층(CLb)은 열 방향으로 인접하여 형성된다. 한 쌍의 주상 재널층(CLb)의 상단부는 소스 라인(SL)과 연결된다. 소스 라인(SL)은 한 쌍의 주상 채널층들(CLb)에 공통으로 연결된다.The columnar channel layer CLb is formed adjacent to each other in the column direction. Upper ends of the pair of columnar channel layers CLb are connected to the source line SL. The source line SL is commonly connected to the pair of columnar channel layers CLb.

비트 라인들(BL)은 주상 채널층들(CLa)의 상단부에 형성되고 플러그(PL)를 통해 주상 채널층(CLa)들과 연결될 수 있다. 각 비트 라인(BL)은 소스 라인(SL) 위쪽으로 배치되도록 형성된다. 각 비트 라인(BL)은 열 방향으로 연장하고 행 방향으로 소정 간격을 갖는 선들로 반복적으로 형성된다.The bit lines BL may be formed at upper ends of the columnar channel layers CLa and may be connected to the columnar channel layers CLa through the plug PL. Each bit line BL is formed to be disposed above the source line SL. Each bit line BL is repeatedly formed with lines extending in the column direction and having a predetermined interval in the row direction.

상기의 구조로 이루어진 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 파형도이다. 구체적으로, 반도체 메모리 장치의 프로그램 동작을 예로써 설명하기로 한다. A method of operating a semiconductor memory device having the above structure will be described below. 4A and 4B are waveform diagrams illustrating a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. Specifically, the program operation of the semiconductor memory device will be described as an example.

도 2 및 도 4a를 참조하면, 제어 회로(도 1의 120)의 제어에 따라 페이지 버퍼 그룹(도 1의 150)으로부터 비트라인들(BL1, BL2)에 프리차지 전압이 인가된다. 페이지 버퍼 그룹은 제어 회로의 제어에 따라 비트라인들(BL1, BL2)의 프리차지 동작을 수행하고, 메모리 셀들에 저장되는 데이터에 따라 비트라인들(BL1, BL2)의 디스차지 동작을 선택적으로 수행한다. 2 and 4A, a precharge voltage is applied to the bit lines BL1 and BL2 from the page buffer group 150 of FIG. 1 under the control of the control circuit 120 of FIG. 1. The page buffer group performs the precharge operation of the bit lines BL1 and BL2 under the control of the control circuit, and selectively performs the discharge operation of the bit lines BL1 and BL2 according to the data stored in the memory cells. do.

선택된 메모리 스트링(STa)에는 프로그램되는 메모리 셀(예, C1)이 포함되고, 메모리 스트링들(STb, STc)은 프로그램 동작 시 비선택되고, 메모리 스트링(STd)에는 프로그램 금지 셀이 포함된 경우, 전압 공급 회로(도 1의 130, 140)는 제어 회로의 제어에 따라 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)를 턴온시키기 위한 제1 전압(예, 4.5V)을 드레인 셀렉트 라인(DSL)에 인가하고, 비선택된 메모리 스트링(STb, STc))의 드레인 셀렉트 라인(DSL)에 접지 전압(예, 0V)을 인가한다. 이로써, 메모리 스트링들(STa, STd)은 비트라인들(BL1, BL2)과 각각 연결되고, 비선택된 메모리 스트링들(STb, STc)은 비트라인(BL1)과 연결이 차단된다. 한편, 전압 공급 회로(도 1의 130, 140)는 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)는 턴오프되도록 소스 셀렉트 라인들(SSL)에 접지 전압(예, 0V)을 인가한다. 그리고, 파이프 게이트 라인(PG)에는 파이프 트랜지스터(PT)를 턴온시키기 위한 제2 전압(예, 4.5V)이 인가된다. When the selected memory string STa includes a memory cell to be programmed (eg, C1), the memory strings STb and STc are unselected during a program operation, and the memory string STd includes a program inhibiting cell. The voltage supply circuits 130 and 140 of FIG. 1 apply a first voltage (eg, 4.5V) to the drain select line DSL for turning on the drain select transistor DST under the control of the control circuit. The ground voltage (eg, 0 V) is applied to the drain select line DSL of the memory strings STb and STc. As a result, the memory strings STa and STd are connected to the bit lines BL1 and BL2, respectively, and the unselected memory strings STb and STc are disconnected from the bit line BL1. Meanwhile, the voltage supply circuits 130 and 140 of FIG. 1 apply a ground voltage (eg, 0V) to the source select lines SSL so that the source select transistor SST is turned off. In addition, a second voltage (eg, 4.5V) is applied to the pipe gate line PG to turn on the pipe transistor PT.

그 결과, 비트라인들(BL1, BL2)에 인가된 프리차지 전압이 턴온된 드레인 셀렉트 트랜지스터들(DST)을 통해 선택된 메모리 스트링(STa)과 프로그램 금지 셀을 포함하는 프로그램 금지 스트링(STd)의 제2 수직 메모리 스트링들(STaU)의 채널 영역들로 전달된다. 그리고, 턴온된 파이프 트랜지스터(PT)를 통해 프리차지 전압이 제1 수직 메모리 스트링들(STaB)의 채널 영역까지 전달된다. 이로써, 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들(STaB, STaU)의 채널 영역들이 프리차지된다. As a result, the program inhibit string STd including the memory string STa and the program inhibit cell selected through the drain select transistors DST with the precharge voltages applied to the bit lines BL1 and BL2 turned on. The channel regions of the two vertical memory strings STaU are transferred. The precharge voltage is transferred to the channel regions of the first vertical memory strings STaB through the turned-on pipe transistor PT. As a result, the channel regions of the first and second vertical memory strings STaB and STaU are precharged.

이어서, 선택된 메모리 셀(C1)을 포함하는 메모리 스트링(STa)과 연결된 선택된 비트라인(BL1)의 전압이 제어 회로의 제어에 따라 페이지 버퍼 그룹에 의해 디스차지된다. 이때, 비선택된 비트라인(BL2)은 프리차지된 상태를 유지한다. 그 결과, 선택된 메모리 스트링(STa)의 채널 영역들의 전압도 파이프 트랜지스터(PT)와 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)를 통해 선택된 비트라인(BL1)으로 디스차지된다. Subsequently, the voltage of the selected bit line BL1 connected to the memory string STa including the selected memory cell C1 is discharged by the page buffer group under the control of the control circuit. At this time, the unselected bit line BL2 maintains a precharged state. As a result, the voltages of the channel regions of the selected memory string ST are also discharged to the selected bit line BL1 through the pipe transistor PT and the drain select transistor DST.

선택된 메모리 스트링(STa)의 드레인 셀렉트 라인(DSL)에 인가된 전압이 전압 공급 회로에 의해 제1 전압(예, 4.5V)에서 제3 전압(예, 2.3V)로 낮아진다. 여기서, 제3 전압은 비트라인들(BL1, BL2)의 프리차지 동작 시 인가된 프리차지 전압과 동일한 레벨로 인가될 수 있다. 이때, 드레인 셀렉트 라인(DSL)의 전압은 제1 전압에서 0V로 낮아진 후 다시 제3 전압으로 높아질 수 있다. 그리고, 전압 공급 회로는 제어 회로의 제어에 따라 메모리 스트링들(STa, STd)의 워드라인들(WL0 ~ WL15)에 약 10V 정도의 패스 전압(Vpass)을 인가한다. 패스 전압(Vpass)이 인가됨에 따라 프로그램 금지 스트링(STd)의 채널 영역에서는 채널 부스팅에 의해 전압이 상승한다. 하지만, 선택된 메모리 스트링(STa)의 채널 영역은 접지 전압이 인가되고 있는 선택된 비트라인(BL1)과 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 전압이 상승하지 않고 디스차지된 상태를 유지한다. The voltage applied to the drain select line DSL of the selected memory string STa is lowered from the first voltage (eg, 4.5V) to the third voltage (eg, 2.3V) by the voltage supply circuit. Here, the third voltage may be applied at the same level as the precharge voltage applied during the precharge operation of the bit lines BL1 and BL2. In this case, the voltage of the drain select line DSL may be lowered to 0V from the first voltage and then increased to the third voltage. The voltage supply circuit applies a pass voltage Vpass of about 10V to the word lines WL0 to WL15 of the memory strings STa and STd under the control of the control circuit. As the pass voltage Vpass is applied, the voltage is increased by channel boosting in the channel region of the program inhibiting string STd. However, since the channel region of the selected memory string STa is electrically connected to the selected bit line BL1 to which the ground voltage is applied, the voltage region does not rise and remains discharged.

이후, 제어 회로의 제어에 따라 전압 공급 회로에 의해 선택된 워드라인(예, WL1)에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가된다. 메모리 스트링(STa)의 선택된 메모리 셀(C1)은 채널 영역과 워드라인 사이의 전압차에 의해 프로그램된다. 하지만, 프로그램 금지 스트링(STd)의 채널 전압은 채널 부스팅에 의해 높아졌기 때문에 프로그램 금지 셀은 채널 영역과 워드라인 사이의 전압차가 낮아서 프로그램되지 않는다. 프로그램 전압(Vpgm)이 소정시간 인가된 후에 모든 전압들의 공급이 중단되고 프로그램 동작이 완료된다.Thereafter, the program voltage Vpgm is applied to the word line (eg, WL1) selected by the voltage supply circuit according to the control of the control circuit. The selected memory cell C1 of the memory string STa is programmed by the voltage difference between the channel region and the word line. However, since the channel voltage of the program inhibit string STd is increased by channel boosting, the program inhibit cell is not programmed because the voltage difference between the channel region and the word line is low. After the program voltage Vpgm is applied for a predetermined time, the supply of all voltages is stopped and the program operation is completed.

상기에서는 프로그램 대상 셀(C1)이 파이프 트랜지스터(PT)와 소스 라인(SL) 사이에 연결된 제1 수직 메모리 스트링(STaB)에 포함된 경우를 설명하였으며, 프로그램 대상 셀(예, C9)이 비트라인(BL1)과 파이프 트랜지스터(PT) 사이에 연결된 제2 수직 메모리 스트링(STaU)에 포함된 경우를 설명하면 다음과 같다. In the above, the case in which the program target cell C1 is included in the first vertical memory string STaB connected between the pipe transistor PT and the source line SL has been described, and the program target cell C1 includes the bit line. A case of being included in the second vertical memory string STaU connected between BL1 and the pipe transistor PT is as follows.

제2 수직 메모리 스트링(STaU)에 포함된 메모리 셀(C9)의 프로그램 동작을 실시할 때에도 파이프 트랜지스터(PT)를 턴온시키는 경우, 프로그램 금지 스트링(STd)의 제1 수직 메모리 스트링(STaB)에서 채널 부스팅을 발생시키기 위하여 워드라인들(WL0 ~ WL7)에도 패스 전압을 인가해야 한다. 이러한 이유로, 전압 생성 회로(도 1의 130)가 불필요하게 워드라인들(WL0 ~ WL7)에도 패스 전압을 인가해야 하므로, 소비 전력이 증가하고 동작 특성이 저하될 수 있다. 또한, 모든 워드라인들(WL0 ~ WL15)에 패스 전압을 인가해야 하므로, 워드라인들(WL0 ~ WL15)의 전위가 0V에서 패스 전압까지 높아지는 시간이 증가하게 된다. When the pipe transistor PT is turned on even when the program operation of the memory cell C9 included in the second vertical memory string STaU is turned on, the channel of the first vertical memory string STaB of the program inhibition string STd is turned on. In order to generate boosting, a pass voltage must also be applied to the word lines WL0 to WL7. For this reason, since the voltage generation circuit 130 (in FIG. 1) needs to apply the pass voltage to the word lines WL0 to WL7 unnecessarily, power consumption may increase and operation characteristics may decrease. In addition, since the pass voltages must be applied to all the word lines WL0 to WL15, the time for increasing the potential of the word lines WL0 to WL15 from 0V to the pass voltage is increased.

따라서, 제2 수직 메모리 스트링(STaU)의 프로그램 동작을 제1 수직 메모리 스트링(STaB)과 독립적으로 수행함으로써, 소비 전력을 줄이고 동작 특성을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Therefore, by performing the program operation of the second vertical memory string STaU independently of the first vertical memory string STaB, power consumption may be reduced and operation characteristics may be improved. More specifically described as follows.

도 2 및 도 4b를 참조하면, 파이프 트랜지스터(PT)가 턴오프되도록 제어 회로(도 1의 120)에 따라 전압 공급 회로(도 1의 130, 140)로부터 파이프 게이트 라인(PG)에 0V가 인가되고, 제어 회로의 제어에 따라 페이지 버퍼 그룹(도 1의 150)으로부터 비트라인들(BL1, BL2)에 프리차지 전압이 인가된다. 2 and 4B, 0V is applied from the voltage supply circuits 130 and 140 of FIG. 1 to the pipe gate line PG according to the control circuit 120 of FIG. 1 so that the pipe transistor PT is turned off. The precharge voltage is applied to the bit lines BL1 and BL2 from the page buffer group 150 of FIG. 1 under the control of the control circuit.

선택된 메모리 스트링(STa)에는 프로그램되는 메모리 셀(예, C9)이 포함되고, 메모리 스트링들(STb, STc)은 프로그램 동작 시 비선택되고, 메모리 스트링(STd)에는 프로그램 금지 셀이 포함된 경우, 제어 회로의 제어에 따라 전압 공급 회로(도 1의 130, 140)는 메모리 스트링(STa, STd)의 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)를 턴온시키기 위한 제1 전압(예, 4.5V)을 드레인 셀렉트 라인(DSL)에 인가하고, 비선택된 메모리 스트링(STb, STc)의 드레인 셀렉트 라인들(DSL)에 접지 전압(예, 0V)을 인가한다. 이로써, 메모리 스트링들(STa, STd)의 제2 수직 메모리 스트링들(STaU)은 비트라인들(BL1, BL2)과 각각 연결되고, 비선택된 메모리 스트링들(STb, STc)은 비트라인(BL1)과 연결이 차단된다. 한편, 전압 공급 회로(도 1의 130, 140)는 소스 셀렉트 트랜지스터들(SST)이 턴오프되도록 소스 셀렉트 라인들(SSL)에 접지 전압(예, 0V)을 인가한다.When the selected memory string STa includes a memory cell to be programmed (for example, C9), the memory strings STb and STc are unselected during a program operation, and the memory string STd includes a program inhibiting cell. According to the control of the control circuit, the voltage supply circuits 130 and 140 of FIG. 1 may receive a first voltage (eg, 4.5V) for turning on the drain select transistors DST of the memory strings STa and STd. DSL), and a ground voltage (eg, 0V) is applied to the drain select lines DSL of the unselected memory strings STb and STc. As a result, the second vertical memory strings STaU of the memory strings STa and STd are connected to the bit lines BL1 and BL2, respectively, and the unselected memory strings STb and STc are the bit lines BL1. And the connection is cut off. Meanwhile, the voltage supply circuits 130 and 140 of FIG. 1 apply ground voltages (eg, 0V) to the source select lines SSL so that the source select transistors SST are turned off.

그 결과, 비트라인들(BL1, BL2)에 인가된 프리차지 전압이 턴온된 드레인 셀렉트 트랜지스터들(DST)을 통해 선택된 메모리 스트링(STa)과 프로그램 금지 셀을 포함하는 프로그램 금지 스트링(STd)의 제2 수직 메모리 스트링들(STaU)의 채널 영역들로 전달된다. 하지만, 파이프 트랜지스터(PT)가 턴오프되기 때문에, 프리차지 전압은 제1 수직 메모리 스트링들(STaB)의 채널 영역까지 전달되지 못한다. 이로써, 메모리 스트링들(STa, STd)의 제1 수직 메모리 스트링들(STaB)의 채널 영역들만 프리차지된다. As a result, the program inhibit string STd including the memory string STa and the program inhibit cell selected through the drain select transistors DST with the precharge voltages applied to the bit lines BL1 and BL2 turned on. The channel regions of the two vertical memory strings STaU are transferred. However, since the pipe transistor PT is turned off, the precharge voltage is not transmitted to the channel region of the first vertical memory strings STaB. Thus, only the channel regions of the first vertical memory strings STaB of the memory strings STa and STd are precharged.

이어서, 선택된 메모리 셀(C9)을 포함하는 메모리 스트링(STa)과 연결된 선택된 비트라인(BL1)의 전압이 제어 회로의 제어에 따라 페이지 버퍼 그룹에 의해 디스차지된다. 이때, 비선택된 비트라인(BL2)은 프리차지된 상태를 유지한다. 그 결과, 선택된 메모리 스트링(STa)의 제2 수직 메모리 스트링(STaU)의 채널 영역이 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)를 통해 선택된 비트라인(BL1)으로 디스차지된다. Subsequently, the voltage of the selected bit line BL1 connected to the memory string STa including the selected memory cell C9 is discharged by the page buffer group under the control of the control circuit. At this time, the unselected bit line BL2 maintains a precharged state. As a result, the channel region of the second vertical memory string STaU of the selected memory string STa is discharged to the selected bit line BL1 through the drain select transistor DST.

선택된 메모리 스트링(STa)의 드레인 셀렉트 라인(DSL)에 인가된 전압이 전압 공급 회로에 의해 제1 전압(예, 4.5V)에서 제3 전압(예, 2.3V)으로 낮아진다. 여기서, 제3 전압은 비트라인들(BL1, BL2)의 프리차지 동작 시 인가된 프리차지 전압과 동일한 레벨로 인가될 수 있다. 이때, 드레인 셀렉트 라인(DSL)의 전압은 제1 전압에서 0V로 낮아진 후 다시 제3 전압으로 높아질 수 있다. The voltage applied to the drain select line DSL of the selected memory string STa is lowered from the first voltage (eg, 4.5V) to the third voltage (eg, 2.3V) by the voltage supply circuit. Here, the third voltage may be applied at the same level as the precharge voltage applied during the precharge operation of the bit lines BL1 and BL2. In this case, the voltage of the drain select line DSL may be lowered to 0V from the first voltage and then increased to the third voltage.

그리고, 전압 공급 회로(도 1의 130, 140)는 제어 회로의 제어에 따라 메모리 스트링들(STa, STd)의 워드라인들(WL8 ~ WL15)에 약 10V 정도의 패스 전압(Vpass)을 인가한다. 패스 전압(Vpass)이 인가됨에 따라 프로그램 금지 스트링(STd)의 제2 수직 메모리 스트링의 채널 영역에서는 채널 부스팅에 의해 채널 전압이 상승한다. 하지만, 선택된 메모리 스트링(STa)의 제2 수직 메모리 스트링(STaU)의 채널 영역은 접지 전압이 인가되고 있는 선택된 비트라인(BL1)과 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 전압이 상승하지 않고 디스차지된 상태를 유지한다. In addition, the voltage supply circuits 130 and 140 of FIG. 1 apply a pass voltage Vpass of about 10V to the word lines WL8 to WL15 of the memory strings STa and STd under the control of the control circuit. . As the pass voltage Vpass is applied, the channel voltage is increased by channel boosting in the channel region of the second vertical memory string of the program inhibiting string STd. However, since the channel region of the second vertical memory string STaU of the selected memory string STa is electrically connected to the selected bit line BL1 to which the ground voltage is applied, the voltage is discharged without rising. Keep it.

한편, 메모리 스트링들(STa, STd)의 제1 수직 메모리 스트링들(STaB)의 워드라인들(WL0 ~ WL7)에는 패스 전압(Vpass)이 인가되지 않는다. 따라서, 채널 영역에서 채널 부스팅이 발생하지 않으며, 워드라인들(WL0 ~ WL7)과 채널 영역의 전압 차이가 발생하지 않는다. Meanwhile, the pass voltage Vpass is not applied to the word lines WL0 to WL7 of the first vertical memory strings STaB of the memory strings STa and STd. Therefore, no channel boosting occurs in the channel region, and no voltage difference occurs between the word lines WL0 to WL7 and the channel region.

이후, 제어 회로의 제어에 따라 전압 공급 회로에 의해 선택된 워드라인(예, WL9)에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가된다. 메모리 스트링(STa)의 선택된 메모리 셀(C9)은 채널 영역과 워드라인 사이의 전압차에 의해 프로그램된다. 하지만, 프로그램 금지 스트링(STd)의 채널 전압은 채널 부스팅에 의해 높아졌기 때문에 프로그램 금지 셀은 채널 영역과 워드라인 사이의 전압차가 낮아서 프로그램되지 않는다. 프로그램 전압(Vpgm)이 소정시간 인가된 후에 모든 전압들의 공급이 중단되고 프로그램 동작이 완료된다.Thereafter, the program voltage Vpgm is applied to the word line (eg, WL9) selected by the voltage supply circuit according to the control of the control circuit. The selected memory cell C9 of the memory string STa is programmed by the voltage difference between the channel region and the word line. However, since the channel voltage of the program inhibit string STd is increased by channel boosting, the program inhibit cell is not programmed because the voltage difference between the channel region and the word line is low. After the program voltage Vpgm is applied for a predetermined time, the supply of all voltages is stopped and the program operation is completed.

상기에서와 같이, 반도체 기판과 비트라인 사이에 수직으로 연결되는 제1 수직 메모리 스트링이 반도체 기판과 공통 소스 라인 사이에 수직으로 연결되는 제2 수직 메모리 스트링과 분리된 상태에서 제1 수직 메모리 스트링의 프로그램 동작이 독립적으로 수행된다. 따라서, 소비 전력을 줄이고 동작 특성을 향상시킬 수 있다.
As above, the first vertical memory string of the first vertical memory string is separated from the second vertical memory string of the first vertical memory string that is vertically connected between the semiconductor substrate and the bit line. Program operations are performed independently. Therefore, power consumption can be reduced and operation characteristics can be improved.

110 : 메모리 어레이 110B : 메모리 블록
120 : 제어 회로 130 : 전압 발생 회로
140 : 로우 디코더 150 : 페이지 버퍼 그룹
160 : 열선택 회로 170 : 입출력 회로
STa ~ STd : 메모리 스트링 STaB : 제1 수직 메모리 스트링
STaU : 제2 수직 메모리 스트링
110: memory array 110B: memory block
120: control circuit 130: voltage generating circuit
140: row decoder 150: page buffer group
160: column selection circuit 170: input and output circuit
STa to STd: memory string STaB: first vertical memory string
STaU: second vertical memory string

Claims (15)

반도체 기판에 형성된 파이프 트랜지스터와 공통 소스 라인 사이에 연결된 제1 수직 메모리 스트링, 상기 파이프 트랜지스터와 비트라인 사이에 수직으로 연결된 제2 수직 메모리 스트링을 포함하는 메모리 스트링들;
상기 메모리 스트링에 포함된 메모리 셀들의 프로그램 동작을 위해 선택된 워드라인에 인가하기 위한 프로그램 전압, 비선택 워드라인들에 인가하기 위한 패스 전압 및 파이프 트랜지스터에 인가하기 위한 파이프 게이트 전압을 출력하도록 구성된 동작 회로 그룹; 및
상기 제2 수직 메모리 스트링의 프로그램 동작을 실시할 때 상기 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들의 연결을 차단하기 위하여 상기 동작 회로 그룹을 제어 하도록 구성된 제어 회로를 포함하는 반도체 메모리 장치.
Memory strings including a first vertical memory string connected between a pipe transistor and a common source line formed in the semiconductor substrate, and a second vertical memory string vertically connected between the pipe transistor and the bit line;
An operating circuit configured to output a program voltage for applying to a selected word line for a program operation of memory cells included in the memory string, a pass voltage for applying to unselected word lines, and a pipe gate voltage for applying to a pipe transistor group; And
And a control circuit configured to control the operation circuit group to disconnect a connection of the first and second vertical memory strings when performing a program operation of the second vertical memory string.
제 1 항에 있어서,
상기 동작 회로 그룹은 상기 제2 수직 메모리 스트링의 선택된 메모리 셀에 상기 프로그램 전압을 인가하고, 상기 제2 수직 메모리 스트링의 비선택된 메모리 셀들에 상기 패스 전압을 인가하고, 상기 제1 수직 메모리 스트링의 메모리 셀들에 접지 전압을 인가하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 1,
The operation circuit group applies the program voltage to selected memory cells of the second vertical memory string, applies the pass voltage to unselected memory cells of the second vertical memory string, and stores the memory of the first vertical memory string. A semiconductor memory device applying a ground voltage to cells.
제 1 항에 있어서, 상기 메모리 스트링들은,
제1 비트라인과 상기 공통 소스 라인 사이에 연결된 제1 내지 제3 메모리 스트링들; 및
제2 비트라인과 상기 공통 소스 라인 사이에 연결된 제4 메모리 스트링을 포함하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 1, wherein the memory strings,
First to third memory strings coupled between a first bit line and the common source line; And
And a fourth memory string coupled between a second bit line and the common source line.
제 3 항에 있어서, 상기 프로그램 동작 시,
상기 제1 메모리 스트링에 프로그램하기 위한 제1 메모리 셀이 포함되고, 상기 제2 및 제3 메모리 스트링들은 비선택되고, 상기 제4 메모리 스트링에 프로그램이 금지되는 제4 메모리 셀이 포함되는 경우,
상기 프로그램 동작 시, 상기 동작 회로 그룹은 상기 제1 메모리 스트링의 상기 제2 수직 메모리 스트링들을 상기 제1 비트라인에 연결시키고, 상기 제2 및 제3 메모리 스트링들과 상기 제1 비트라인의 연결을 차단하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 3, wherein in the program operation,
A first memory cell for programming in the first memory string is included, the second and third memory strings are deselected, and the fourth memory string includes a fourth memory cell for which the program is prohibited;
In the program operation, the operation circuit group connects the second vertical memory strings of the first memory string to the first bit line, and connects the second and third memory strings to the first bit line. Blocking semiconductor memory device.
제 3 항에 있어서,
상기 동작 회로 그룹은 상기 제1 및 제2 비트라인들을 프리차지한 후, 상기 제1 비트라인을 디스차지시키는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 3, wherein
And the operation circuit group discharges the first bit line after precharging the first and second bit lines.
제 5 항에 있어서,
상기 제2 수직 메모리 스트링은 직렬로 연결된 메모리 셀들 및 메모리 셀들을 비트라인과 연결시키기 위한 드레인 셀렉트 트랜지스터를 포함하며,
상기 동작 회로 그룹은 상기 제1 및 제2 비트라인들을 프리차지할 때 상기 드레인 셀렉트 트랜지스터에 제1 전압을 인가하고, 상기 메모리 셀들에 상기 프로그램 전압 및 상기 패스 전압을 인가할 때 상기 드레인 셀렉트 트랜지스터에 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 인가하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 5, wherein
The second vertical memory string includes memory cells connected in series and a drain select transistor for connecting the memory cells with the bit line.
The operation circuit group applies the first voltage to the drain select transistor when precharging the first and second bit lines, and the drain select transistor when applying the program voltage and the pass voltage to the memory cells. And applying a second voltage lower than the first voltage.
제 6 항에 있어서,
상기 드레인 셀렉트 라인에 상기 제2 전압이 인가되기 전에 접지 전압이 더 인가되는 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 6,
And a ground voltage is further applied to the drain select line before the second voltage is applied.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비트라인들을 프리차지할 때 상기 제1 및 제2 비트라인들에 인가되는 프리차지 전압의 레벨이 상기 제2 전압의 레벨과 동일한 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 6,
And a level of a precharge voltage applied to the first and second bit lines when precharging the first and second bit lines is the same as the level of the second voltage.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 제1 수직 메모리 스트링의 프로그램 동작을 실시할 때 상기 파이프 트랜지스터가 상기 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들을 연결시킬 수 있도록 상기 동작 회로 그룹을 제어하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 1,
And the control circuit controls the operation circuit group to allow the pipe transistor to connect the first and second vertical memory strings when performing a program operation of the first vertical memory string.
반도체 기판에 형성된 파이프 트랜지스터와 공통 소스 라인 사이에 연결된 제1 수직 메모리 스트링, 상기 파이프 트랜지스터와 비트라인 사이에 수직으로 연결된 제2 수직 메모리 스트링을 포함하는 메모리 스트링들이 제공되는 단계;
상기 파이프 트랜지스터를 이용하여 상기 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들의 연결을 차단하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들의 연결이 차단된 상태에서 상기 제2 수직 메모리 스트링의 선택된 메모리 셀의 프로그램 동작을 실시하는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
Providing memory strings including a first vertical memory string connected between a pipe transistor formed on a semiconductor substrate and a common source line, and a second vertical memory string connected vertically between the pipe transistor and the bit line;
Disconnecting the first and second vertical memory strings using the pipe transistor; And
And performing a program operation of a selected memory cell of the second vertical memory string while the connection of the first and second vertical memory strings is disconnected.
제 10 항에 있어서, 상기 프로그램 동작을 실시하는 단계에서,
상기 제2 수직 메모리 스트링의 선택된 메모리 셀에 프로그램 전압이 인가되고, 상기 제2 수직 메모리 스트링의 비선택된 메모리 셀들에 패스 전압이 인가되고, 상기 제1 수직 메모리 스트링의 메모리 셀들에 접지 전압이 인가되는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
The method of claim 10, wherein in the step of performing the program operation,
A program voltage is applied to selected memory cells of the second vertical memory string, a pass voltage is applied to unselected memory cells of the second vertical memory string, and a ground voltage is applied to memory cells of the first vertical memory string. Method of operation of a semiconductor memory device.
제 10 항에 있어서, 상기 메모리 스트링들이 제공되는 단계에서,
제1 비트라인과 상기 공통 소스 라인 사이에 연결된 제1 내지 제3 메모리 스트링들; 및
제2 비트라인과 상기 공통 소스 라인 사이에 연결된 제4 메모리 스트링을 포함하는 스트링들이 제공되는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
The method of claim 10, wherein in the step of providing the memory strings,
First to third memory strings coupled between a first bit line and the common source line; And
And a string including a fourth memory string connected between a second bit line and the common source line.
제 12 항에 있어서, 상기 프로그램 동작 시,
상기 제1 메모리 스트링에 프로그램하기 위한 제1 메모리 셀이 포함되고, 상기 제2 및 제3 메모리 스트링들은 비선택되고, 상기 제4 메모리 스트링에 프로그램이 금지되는 제4 메모리 셀이 포함되는 경우,
상기 프로그램 동작 시, 상기 제1 메모리 스트링의 상기 제2 수직 메모리 스트링들이 상기 제1 비트라인에 연결되고, 상기 제2 및 제3 메모리 스트링들과 상기 제1 비트라인의 연결은 차단되는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
The method of claim 12, wherein in the program operation,
A first memory cell for programming in the first memory string is included, the second and third memory strings are deselected, and the fourth memory string includes a fourth memory cell for which the program is prohibited;
In the program operation, the second vertical memory strings of the first memory string are connected to the first bit line, and the connection between the second and third memory strings and the first bit line is blocked. Method of operation.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 비트라인들이 프리차지된 후, 상기 제1 비트라인이 디스차지되는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
The method of claim 12,
And after the first and second bit lines are precharged, the first bit line is discharged.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 수직 메모리 스트링들이 상기 파이프 트랜지스터에 의해 연결된 상태에서 상기 제1 수직 메모리 스트링의 선택된 메모리 셀의 프로그램 동작을 실시하는 단계를 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
11. The method of claim 10,
And performing a program operation of a selected memory cell of the first vertical memory string while the first and second vertical memory strings are connected by the pipe transistor.
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US9236130B2 (en) 2013-12-02 2016-01-12 SK Hynix Inc. Semiconductor memory device being capable of reducing program disturbance and program method thereof
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103811063A (en) * 2012-10-05 2014-05-21 株式会社东芝 Nonvolatile Semiconductor Memory Device
CN103811063B (en) * 2012-10-05 2016-12-07 株式会社东芝 Nonvolatile semiconductor memory device
KR20140141044A (en) * 2013-05-31 2014-12-10 에스케이하이닉스 주식회사 Non-volative memory device
US9236130B2 (en) 2013-12-02 2016-01-12 SK Hynix Inc. Semiconductor memory device being capable of reducing program disturbance and program method thereof
KR20170111653A (en) * 2016-03-29 2017-10-12 에스케이하이닉스 주식회사 Semiconductor memory device and operating method thereof

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