KR20230077587A - Semiconductor device - Google Patents

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KR20230077587A
KR20230077587A KR1020220014634A KR20220014634A KR20230077587A KR 20230077587 A KR20230077587 A KR 20230077587A KR 1020220014634 A KR1020220014634 A KR 1020220014634A KR 20220014634 A KR20220014634 A KR 20220014634A KR 20230077587 A KR20230077587 A KR 20230077587A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 기판 상에 적층되는 복수의 워드라인들, 상기 복수의 워드라인들과 상기 기판 사이에 배치되는 적어도 하나의 접지 선택 라인, 및 상기 복수의 워드라인들과 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인을 관통하는 복수의 채널 구조체들을 포함하는 셀 영역, 및 상기 셀 영역을 제어하는 주변 회로들을 포함하는 주변 회로 영역을 포함하며, 상기 주변 회로 영역은, 상기 복수의 워드라인들 중에서 선택한 프로그램 워드라인에 제1 프로그램 전압을 입력하는 제1 프로그램 시간 동안 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 접지 선택 바이어스 전압을 입력하고, 상기 프로그램 워드라인에 상기 제1 프로그램 전압과 다른 제2 프로그램 전압을 입력하는 제2 프로그램 시간 동안 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 접지 선택 바이어스 전압과 다른 크기의 제2 접지 선택 바이어스 전압을 입력한다.A semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of word lines stacked on a substrate, at least one ground selection line disposed between the plurality of word lines and the substrate, and a plurality of word lines. and a cell region including a plurality of channel structures penetrating the at least one ground selection line, and a peripheral circuit region including peripheral circuits controlling the cell region, wherein the peripheral circuit region comprises: the plurality of words; During a first program time during which a first program voltage is input to a program word line selected from among lines, a first ground select bias voltage is input to the at least one ground select line, and a voltage different from the first program voltage is applied to the program word line. During a second program time during which the second program voltage is input, a second ground select bias voltage having a different magnitude from the first ground select bias voltage is input to the at least one ground select line.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}Semiconductor device {SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices.

반도체 장치는 데이터를 기록하고 지우거나, 기록된 데이터를 읽어올 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 반도체 장치는 비휘발성 메모리 장치 및 휘발성 메모리 장치로 구분할 수 있으며, 비휘발성 메모리 장치는 전원이 차단되어도 기록된 데이터가 그대로 유지될 수 있다. 반도체 장치에 요구되는 데이터 저장 용량은 지속적으로 증가하는 추세이며, 그에 따라 반도체 장치에 포함되는 메모리 셀들의 개수가 점점 증가하고, 그에 따라 반도체 장치의 안정적인 동작을 확보할 수 있는 다양한 방법들이 활발하게 제안되고 있다.A semiconductor device may provide a function of writing and erasing data or reading recorded data. Semiconductor devices can be classified into non-volatile memory devices and volatile memory devices, and recorded data in the non-volatile memory device can be maintained even when power is cut off. The data storage capacity required for semiconductor devices is continuously increasing, and accordingly, the number of memory cells included in semiconductor devices is gradually increasing, and accordingly, various methods for securing stable operation of semiconductor devices are actively proposed. It is becoming.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 프로그램 동작 시, 프로그램 워드라인에 입력되는 프로그램 전압의 크기, 및 프로그램 워드라인의 위치 등에 따라 접지 선택 라인, 소스 영역 등에 입력되는 바이어스 전압의 레벨을 변경함으로써, 안정적으로 동작할 수 있는 반도체 장치를 제공하고자 하는 데에 있다.One of the problems to be achieved by the technical idea of the present invention is to determine the level of a bias voltage input to a ground selection line, a source region, etc. according to the size of a program voltage input to a program word line and the position of the program word line during a program operation. By changing, it is intended to provide a semiconductor device that can operate stably.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 기판 상에 적층되는 복수의 워드라인들, 상기 복수의 워드라인들과 상기 기판 사이에 배치되는 적어도 하나의 접지 선택 라인, 및 상기 기판에 수직하는 제1 방향으로 연장되어 상기 복수의 워드라인들과 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인을 관통하는 복수의 채널 구조체들을 포함하는 셀 영역, 및 상기 셀 영역을 제어하는 주변 회로들을 포함하며, 상기 복수의 워드라인들 중 적어도 일부에 상기 제1 방향에서 상기 기판에 가까워지는 순서에 따라 프로그램 전압을 입력하는 주변 회로 영역을 포함하며, 상기 주변 회로 영역은, 상기 복수의 워드라인들 중에서 선택한 프로그램 워드라인에 제1 프로그램 전압을 입력하는 제1 프로그램 시간 동안 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 접지 선택 바이어스 전압을 입력하고, 상기 프로그램 워드라인에 상기 제1 프로그램 전압과 다른 크기의 제2 프로그램 전압을 입력하는 제2 프로그램 시간 동안 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 접지 선택 바이어스 전압과 다른 크기의 제2 접지 선택 바이어스 전압을 입력한다.A semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of word lines stacked on a substrate, at least one ground select line disposed between the plurality of word lines and the substrate, and a first line perpendicular to the substrate. a cell region including a plurality of channel structures extending in one direction and penetrating the plurality of word lines and the at least one ground selection line; and peripheral circuits controlling the cell region, wherein the plurality of word lines and a peripheral circuit region to which program voltages are input in order of approaching the substrate in the first direction, wherein the peripheral circuit region is connected to a program word line selected from among the plurality of word lines. During a first program time during which a program voltage is input, a first ground select bias voltage is input to the at least one ground select line, and a second program voltage having a magnitude different from that of the first program voltage is input to the program word line. A second ground selection bias voltage having a different magnitude from the first ground selection bias voltage is input to the at least one ground selection line during two program times.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 기판 상에 적층되는 복수의 워드라인들, 상기 복수의 워드라인들과 상기 기판 사이에 배치되는 적어도 하나의 접지 선택 라인, 상기 기판에 수직하는 제1 방향으로 연장되어 상기 복수의 워드라인들과 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인을 관통하는 복수의 채널 구조체들, 및 상기 기판에 형성되며 상기 복수의 채널 구조체들과 전기적으로 연결되는 소스 영역을 포함하는 셀 영역, 및 상기 셀 영역을 제어하는 주변 회로들을 포함하는 주변 회로 영역을 포함하며, 상기 주변 회로 영역은, 상기 제1 방향에서 제1 높이에 위치하는 제1 프로그램 워드라인에 대한 제1 프로그램 동작에서, 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 레벨의 전압, 및 상기 제1 레벨과 다른 제2 레벨의 전압을 순차적으로 입력하고, 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 위치하는 제2 프로그램 워드라인에 대한 제2 프로그램 동작에서, 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 레벨보다 작은 제3 레벨의 전압, 및 상기 제2 레벨보다 작은 제4 레벨의 전압을 순차적으로 입력한다.A semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of word lines stacked on a substrate, at least one ground selection line disposed between the plurality of word lines and the substrate, and a first line perpendicular to the substrate. a cell including a plurality of channel structures extending in a direction and penetrating the plurality of word lines and the at least one ground selection line, and a source region formed on the substrate and electrically connected to the plurality of channel structures. and a peripheral circuit area including peripheral circuits controlling the cell area, wherein the peripheral circuit area is configured in a first program operation for a first program word line positioned at a first height in the first direction. , A second program word line positioned at a second height lower than the first height and sequentially inputting a first level voltage and a second level voltage different from the first level to the at least one ground selection line. In the second program operation for , a voltage of a third level lower than the first level and a voltage of a fourth level lower than the second level are sequentially input to the at least one ground selection line.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 공통 소스 라인 및 접지 선택 라인에 연결되는 접지 선택 트랜지스터들, 비트라인들 및 적어도 하나의 스트링 선택 라인에 연결되는 스트링 선택 트랜지스터들, 상기 접지 선택 트랜지스터들과 상기 스트링 선택 트랜지스터들 사이에서 서로 직렬로 연결되며, 워드라인들에 연결되는 메모리 셀들, 및 상기 접지 선택 트랜지스터들, 상기 스트링 선택 트랜지스터들, 및 상기 메모리 셀들을 제어하는 로우 디코더를 포함하며, 상기 로우 디코더는, 상기 메모리 셀들 중에서 선택 메모리 셀에 연결된 프로그램 워드라인에 제1 프로그램 시간 동안 제1 프로그램 전압을 입력하고, 제1 프로그램 시간 이후의 제2 프로그램 시간 동안 제2 프로그램 전압을 입력하며, 상기 로우 디코더는, 상기 제1 프로그램 시간 및 상기 제2 프로그램 시간 각각에서 상기 접지 선택 라인과 상기 공통 소스 라인에 각각 입력하는 전압의 절대값을, 상기 제1 프로그램 전압 및 상기 제2 프로그램 전압 각각의 크기에 기초하여 결정한다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes ground select transistors connected to a common source line and a ground select line, string select transistors connected to bit lines and at least one string select line, and the ground select transistors. and memory cells connected in series between the string select transistors and connected to word lines, and a row decoder controlling the ground select transistors, the string select transistors, and the memory cells, wherein the The row decoder inputs a first program voltage during a first program time to a program word line connected to a selected memory cell among the memory cells, and inputs a second program voltage during a second program time after the first program time. The row decoder determines the absolute values of the voltages input to the ground selection line and the common source line at each of the first program time and the second program time, respectively, as magnitudes of the first program voltage and the second program voltage. decide based on

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 프로그램 동작에서 선택 메모리 셀에 연결된 하나의 프로그램 워드라인에 제1 프로그램 전압과 제2 프로그램 전압을 순차적으로 입력할 수 있다. 제1 프로그램 전압과 제2 프로그램 전압의 크기 차이에 따라, 접지 선택 라인, 소스 영역 등에 입력되는 전압의 크기가 달라질 수 있으며, 프로그램 워드라인에 연결되는 비선택 메모리 셀들의 문턱 전압이 의도치 않게 변경되는 디스터브를 최소화하고, 반도체 장치의 성능을 개선할 수 있다. 또한 프로그램 워드라인의 위치에 따라서도 접지 선택 라인, 소스 영역 등에 입력되는 전압의 크기를 변경함으로써, 반도체 장치의 안정적인 동작을 확보할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device may sequentially input a first program voltage and a second program voltage to one program word line connected to a selected memory cell in a program operation. Depending on the difference between the first program voltage and the second program voltage, the voltage input to the ground select line, the source region, etc. may vary, and the threshold voltage of unselected memory cells connected to the program word line may change unintentionally. It is possible to minimize disturb and improve the performance of the semiconductor device. In addition, the stable operation of the semiconductor device can be secured by changing the level of the voltage input to the ground selection line, the source region, etc. according to the position of the program word line.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 시스템을 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 회로도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 대략적으로 나타낸 도면들이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.
1 is a schematic block diagram of a system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a schematic circuit diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
4A to 4D are diagrams provided to explain the operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 to 9 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a diagram provided to describe an operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
11 to 13 are diagrams provided to explain the operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
14 to 19 are diagrams provided to explain the operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
20 and 21 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
22 and 23 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 시스템을 간단하게 나타낸 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 시스템(1)은 메모리 장치로 제공되는 반도체 장치(10) 및 메모리 컨트롤러(20)를 포함할 수 있다. 시스템(1)은 복수의 채널들(CH1~CHm)을 지원할 수 있고, 반도체 장치(10)와 메모리 컨트롤러(20)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 시스템(1)은 SSD(Solid State Drive)와 같은 스토리지 장치로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a system 1 may include a semiconductor device 10 provided as a memory device and a memory controller 20 . The system 1 may support a plurality of channels CH1 to CHm, and the semiconductor device 10 and the memory controller 20 may be connected through the plurality of channels CH1 to CHm. For example, the system 1 may be implemented as a storage device such as a solid state drive (SSD).

반도체 장치(10)는 복수의 메모리 칩들(NVM11~NVMmn)을 포함할 수 있다. 메모리 칩들(NVM11~NVMmn) 각각은 대응하는 웨이(way)를 통해 복수의 채널들(CH1~CHm) 중 하나에 연결될 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치들(NVM11~NVM1n)은 웨이들(W11~W1n)을 통해 제1 채널(CH1)에 연결되고, 메모리 장치들(NVM21~NVM2n)은 웨이들(W21~W2n)을 통해 제2 채널(CH2)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 메모리 칩들(NVM11~NVMmn) 각각은 메모리 컨트롤러(20)로부터의 개별적인 명령에 따라 동작할 수 있는 임의의 메모리 단위로 구현될 수 있다. 예를 들어, 메모리 칩들(NVM11~NVMmn) 각각은 칩(chip) 또는 다이(die)로 구현될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The semiconductor device 10 may include a plurality of memory chips NVM11 to NVMmn. Each of the memory chips NVM11 to NVMmn may be connected to one of the plurality of channels CH1 to CHm through a corresponding way. For example, the memory devices NVM11 to NVM1n are connected to the first channel CH1 through ways W11 to W1n, and the memory devices NVM21 to NVM2n are connected to the first channel CH1 through ways W21 to W2n. It may be connected to the second channel CH2. In an exemplary embodiment, each of the memory chips NVM11 to NVMmn may be implemented as an arbitrary memory unit capable of operating according to individual commands from the memory controller 20 . For example, each of the memory chips NVM11 to NVMmn may be implemented as a chip or die, but the present invention is not limited thereto.

메모리 컨트롤러(20)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 반도체 장치(10)와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(20)는 채널들(CH1~CHm)을 통해 반도체 장치(10)로 커맨드들(CMDa~CMDm), 어드레스들(ADDRa~ADDRm), 및 데이터(DATAa~DATAm)를 반도체 장치(10)로 전송하거나, 반도체 장치(10)로부터 데이터(DATAa~DATAm)를 수신할 수 있다.The memory controller 20 may transmit and receive signals to and from the semiconductor device 10 through a plurality of channels CH1 to CHm. For example, the memory controller 20 transmits commands CMDa to CMDm, addresses ADDRa to ADDRm, and data DATAa to DATAm to the semiconductor device 10 through channels CH1 to CHm. Data DATAa to DATAm may be transmitted to the device 10 or received from the semiconductor device 10 .

메모리 컨트롤러(20)는 각각의 채널을 통해 해당 채널에 연결된 비휘발성 메모리 장치들 중 하나를 선택하고, 선택된 비휘발성 메모리 장치와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(20)는 제1 채널(CH1)에 연결된 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 비휘발성 메모리 장치(NVM11)를 선택할 수 있다. 메모리 컨트롤러(20)는 선택된 메모리 장치(NVM11)로 제1 채널(CH1)을 통해 커맨드(CMDa), 어드레스(ADDRa), 및 데이터(DATAa)를 전송하거나, 선택된 메모리 장치(NVM11)로부터 데이터(DATAa)를 수신할 수 있다.The memory controller 20 may select one of nonvolatile memory devices connected to a corresponding channel through each channel and transmit/receive signals to and from the selected nonvolatile memory device. For example, the memory controller 20 may select the nonvolatile memory device NVM11 from among the memory devices NVM11 to NVM1n connected to the first channel CH1 . The memory controller 20 transmits the command CMDa, address ADDRa, and data DATAa to the selected memory device NVM11 through the first channel CH1, or transmits data DATAa from the selected memory device NVM11. ) can be received.

메모리 컨트롤러(20)는 서로 다른 채널들을 통해 반도체 장치(10)와 신호들을 병렬적으로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(20)는 제1 채널(CH1)을 통해 반도체 장치(10)로 커맨드(CMDa)를 전송하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 반도체 장치(10)로 커맨드(CMDb)를 전송할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(20)는 제1 채널(CH1)을 통해 반도체 장치(10)로부터 데이터(DATAa)를 수신하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 반도체 장치(10)로부터 데이터(DATAb)를 수신할 수 있다.The memory controller 20 may transmit and receive signals to and from the semiconductor device 10 in parallel through different channels. For example, the memory controller 20 transmits the command CMDa to the semiconductor device 10 through the second channel CH2 while transmitting the command CMDa to the semiconductor device 10 through the first channel CH1. can transmit. For example, the memory controller 20 receives data DATAb from the semiconductor device 10 through a second channel CH2 while receiving data DATAa from the semiconductor device 10 through a first channel CH1. can receive

메모리 컨트롤러(20)는 반도체 장치(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리 컨트롤러(20)는 채널들(CH1~CHm)로 신호를 전송하여 채널들(CH1~CHm)에 연결된 메모리 칩들(NVM11~NVMmn) 각각을 제어할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(20)는 제1 채널(CH1)로 커맨드(CMDa) 및 어드레스(ADDRa)를 전송하여 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 선택된 하나를 제어할 수 있다.The memory controller 20 may control overall operations of the semiconductor device 10 . The memory controller 20 may control each of the memory chips NVM11 to NVMmn connected to the channels CH1 to CHm by transmitting signals to the channels CH1 to CHm. For example, the memory controller 20 may transmit the command CMDa and the address ADDRa through the first channel CH1 to control the selected one of the memory devices NVM11 to NVM1n.

메모리 칩들(NVM11~NVMmn) 각각은 메모리 컨트롤러(20)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(NVM11)는 제1 채널(CH1)로 제공되는 커맨드(CMDa), 어드레스(ADDRa), 및 데이터(DATAa)에 따라 데이터(DATAa)를 프로그램할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(NVM21)는 제2 채널(CH2)로 제공되는 커맨드(CMDb) 및 어드레스(ADDRb)에 따라 데이터(DATAb)를 독출하고, 독출된 데이터(DATAb)를 메모리 컨트롤러(20)로 전송할 수 있다.Each of the memory chips NVM11 to NVMmn may operate under the control of the memory controller 20 . For example, the memory device NVM11 may program data DATAa according to the command CMDa, address ADDRa, and data DATAa provided through the first channel CH1. For example, the memory device NVM21 reads data DATAb according to the command CMDb and address ADDRb provided through the second channel CH2, and transfers the read data DATAb to the memory controller 20. can be sent to

도 1에는 반도체 장치(10)가 m개의 채널을 통해 메모리 컨트롤러(20)와 통신하고, 반도체 장치(10)가 각각의 채널에 대응하여 n개의 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 것으로 도시되나, 채널들의 개수와 하나의 채널에 연결된 비휘발성 메모리 장치의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.1 shows that the semiconductor device 10 communicates with the memory controller 20 through m channels and includes n nonvolatile memory devices corresponding to each channel, but the channels The number and number of nonvolatile memory devices connected to one channel may be variously changed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다. 2 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 반도체 장치(30)는 제어 로직 회로(32), 셀 영역(33), 페이지 버퍼부(34), 전압 생성기(35), 및 로우 디코더(36)를 포함할 수 있다. 반도체 장치(30)는 인터페이스 회로(31)를 더 포함할 수 있고, 또한 컬럼 로직, 프리-디코더, 온도 센서, 커맨드 디코더, 어드레스 디코더, 소스 드라이버 등을 더 포함할 수 있다. 반도체 장치(30)는 데이터를 저장하는 메모리 장치일 수 있으며, 일례로 전원이 차단되어도 저장된 데이터가 유지되는 비휘발성 메모리 장치일 수 있다.Referring to FIG. 2 , the semiconductor device 30 may include a control logic circuit 32 , a cell region 33 , a page buffer unit 34 , a voltage generator 35 , and a row decoder 36 . The semiconductor device 30 may further include an interface circuit 31 and may further include a column logic, a pre-decoder, a temperature sensor, a command decoder, an address decoder, a source driver, and the like. The semiconductor device 30 may be a memory device that stores data, and may be, for example, a non-volatile memory device that retains stored data even when power is cut off.

제어 로직 회로(32)는 반도체 장치(30) 내의 각종 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어 로직 회로(32)는 인터페이스 회로(31)가 수신하는 커맨드(CMD) 및/또는 어드레스(ADDR)에 응답하여 각종 제어 신호들을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직 회로(32)는 전압 제어 신호(CTRL_vol), 로우 어드레스(X-ADDR), 및 컬럼 어드레스(Y-ADDR)를 출력할 수 있다.The control logic circuit 32 may generally control various operations within the semiconductor device 30 . The control logic circuit 32 may output various control signals in response to the command CMD and/or the address ADDR received by the interface circuit 31 . For example, the control logic circuit 32 may output a voltage control signal CTRL_vol, a row address X-ADDR, and a column address Y-ADDR.

셀 영역(33)은 복수의 메모리 블록들(BLK1-BLKz)을 포함할 수 있고(z는 양의 정수), 복수의 메모리 블록들(BLK1-BLKz) 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 메모리 블록들(BLK1-BLKz)은 절연성 물질을 포함하는 제1 분리 영역들에 의해 서로 분리될 수 있으며, 복수의 메모리 블록들(BLK1-BLKz) 각각의 내부에는 제1 분리 영역들과 다른 제2 분리 영역들이 배치될 수 있다. 일례로 제2 분리 영역들 각각은 제1 분리 영역들과 다른 구조를 가질 수 있다.The cell area 33 may include a plurality of memory blocks BLK1 -BLKz (z is a positive integer), and each of the plurality of memory blocks BLK1 -BLKz may include a plurality of memory cells. . In an embodiment, the plurality of memory blocks BLK1 -BLKz may be separated from each other by first isolation regions including an insulating material, and inside each of the plurality of memory blocks BLK1 -BLKz, a first separation region may be formed. Second separation regions different from the separation regions may be disposed. For example, each of the second separation regions may have a structure different from that of the first separation regions.

일례로, 복수의 메모리 블록들(BLK1-BLKz)은 데이터를 저장하는 메인 블록들, 및 반도체 장치(30)의 동작에 필요한 데이터를 저장하는 적어도 하나의 스페어 블록을 포함할 수 있다. 셀 영역(33)은 비트라인들(BL)을 통해 페이지 버퍼부(34)에 연결될 수 있으며, 워드라인들(WL), 스트링 선택 라인들(SSL), 및 접지 선택 라인들(GSL)을 통해 로우 디코더(36)와 연결될 수 있다.For example, the plurality of memory blocks BLK1 to BLKz may include main blocks for storing data and at least one spare block for storing data necessary for the operation of the semiconductor device 30 . The cell region 33 may be connected to the page buffer unit 34 through bit lines BL, and may be connected to the page buffer unit 34 through word lines WL, string select lines SSL, and ground select lines GSL. It may be connected to the row decoder 36.

예시적인 실시예에서, 셀 영역(33)은 3차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있고, 3차원 메모리 셀 어레이는 복수의 낸드 스트링들을 포함할 수 있다. 각 낸드 스트링은 기판 위에 수직으로 적층된 워드라인들에 각각 연결된 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 미국 특허공개공보 제7,679,133호, 미국 특허공개공보 제8,553,466호, 미국 특허공개공보 제8,654,587호, 미국 특허공개공보 제8,559,235호, 및 미국 특허출원공개공보 제2011/0233648호는 본 명세서에 인용 형식으로 결합된다. 예시적인 실시예에서, 셀 영역(33)은 2차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있으며, 2차원 메모리 셀 어레이는 행 및 열 방향을 따라 배치된 복수의 낸드 스트링들을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the cell region 33 may include a 3D memory cell array, and the 3D memory cell array may include a plurality of NAND strings. Each NAND string may include memory cells respectively connected to word lines vertically stacked on a substrate. U.S. Patent Publication No. 7,679,133, U.S. Patent Publication No. 8,553,466, U.S. Patent Publication No. 8,654,587, U.S. Patent Publication No. 8,559,235, and U.S. Patent Application Publication No. 2011/0233648 are incorporated herein by reference. are combined In an exemplary embodiment, the cell region 33 may include a 2D memory cell array, and the 2D memory cell array may include a plurality of NAND strings disposed along row and column directions.

페이지 버퍼부(34)는 복수의 페이지 버퍼들(PB1-PBn)을 포함할 수 있고(n은 3 이상의 정수), 복수의 페이지 버퍼들(PB1-PBn)은 복수의 비트라인들(BL)을 통해 메모리 셀들과 각각 연결될 수 있다. 페이지 버퍼부(34)는 컬럼 어드레스(Y-ADDR)에 응답하여 비트라인들(BL) 중 적어도 하나의 비트라인을 선택할 수 있다. 페이지 버퍼부(34)는 동작 모드에 따라 기입 드라이버 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 동작 시, 페이지 버퍼부(34)는 선택된 비트라인으로 프로그램하고자 하는 데이터에 대응하는 비트라인 전압을 인가할 수 있다. 읽기 동작 시, 페이지 버퍼부(34)는 선택된 비트라인의 전류 또는 전압을 감지하여 메모리 셀에 저장된 데이터를 감지할 수 있다. 프로그램 동작으로 셀 영역(33)에 프로그램하고자 하는 데이터 및 읽기 동작으로 셀 영역(33)으로부터 읽어온 데이터는 인터페이스 회로(31)를 통해 입출력될 수 있다. The page buffer unit 34 may include a plurality of page buffers PB1 - PBn (n is an integer greater than or equal to 3), and the plurality of page buffers PB1 - PBn may include a plurality of bit lines BL. It may be connected to each of the memory cells through. The page buffer unit 34 may select at least one bit line from among the bit lines BL in response to the column address Y-ADDR. The page buffer unit 34 may operate as a write driver or a sense amplifier according to an operation mode. For example, during a program operation, the page buffer unit 34 may apply a bit line voltage corresponding to data to be programmed to the selected bit line. During a read operation, the page buffer unit 34 may detect data stored in a memory cell by sensing a current or voltage of a selected bit line. Data to be programmed into the cell area 33 through a program operation and data read from the cell area 33 through a read operation may be input/output through the interface circuit 31 .

전압 생성기(35)는 전압 제어 신호(CTRL_vol)를 기반으로 프로그램, 읽기, 및 소거 동작들을 수행하기 위한 다양한 종류의 전압들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전압 생성기(35)는 프로그램 전압, 읽기 전압, 패스 전압, 프로그램 검증 전압, 소거 전압 등을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제어 로직 회로(32)는 스페어 블록에 저장된 데이터를 이용하여, 프로그램, 읽기, 소거 동작들을 실행하기 위한 전압이 생성되도록 전압 생성기(35)를 제어할 수 있다. 전압 생성기(35)가 생성하는 전압들 중 일부는 로우 디코더(36)에 의해 워드라인 전압(VWL)으로서 워드라인들(WL)에 입력될 수 있으며, 일부는 소스 드라이버에 의해 공통 소스 라인에 입력될 수도 있다. The voltage generator 35 may generate various types of voltages for performing program, read, and erase operations based on the voltage control signal CTRL_vol. For example, the voltage generator 35 may generate a program voltage, a read voltage, a pass voltage, a program verify voltage, an erase voltage, and the like. In one embodiment, the control logic circuit 32 may control the voltage generator 35 to generate voltages for executing program, read, and erase operations using data stored in the spare block. Some of the voltages generated by the voltage generator 35 may be input to the word lines WL as word line voltages VWL by the row decoder 36, and some may be input to the common source line by the source driver. It could be.

로우 디코더(36)는 로우 어드레스(X-ADDR)에 응답하여 복수의 워드라인들(WL) 중 하나를 선택할 수 있고, 복수의 스트링 선택 라인들(SSL) 중 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 동작 시, 로우 디코더(36)는 선택된 워드라인으로 프로그램 전압 및 프로그램 검증 전압을 인가하고, 읽기 동작 시, 선택된 워드라인으로 읽기 전압을 인가할 수 있다.The row decoder 36 may select one of a plurality of word lines WL and select one of a plurality of string select lines SSL in response to the row address X-ADDR. For example, during a program operation, the row decoder 36 may apply a program voltage and a program verify voltage to a selected word line, and may apply a read voltage to a selected word line during a read operation.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 회로도이다.3 is a schematic circuit diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 메모리 블록(BLK)은 기판 상에 3차원 구조로 형성되는 삼차원 메모리 블록을 나타낸다. 예를 들어, 메모리 블록(BLK)에 포함되는 복수의 낸드 스트링들은 기판과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.The memory block BLK shown in FIG. 3 represents a three-dimensional memory block formed in a three-dimensional structure on a substrate. For example, a plurality of NAND strings included in the memory block BLK may be formed in a direction perpendicular to the substrate.

도 3을 참조하면, 메모리 블록(BLK)은 비트라인들(BL1-BL3)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 연결되는 복수의 낸드 스트링들(NS11-NS43)을 포함할 수 있다. 복수의 낸드 스트링들(NS11-NS43) 각각은 스트링 선택 트랜지스터(SST), 복수의 메모리 셀들(MC1-MC8) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)를 포함할 수 있다. 도 3에는 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11-NS43) 각각이 8개의 메모리 셀들(MC1-MC8)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 3 , the memory block BLK may include a plurality of NAND strings NS11 to NS43 connected between the bit lines BL1 to BL3 and the common source line CSL. Each of the plurality of NAND strings NS11 to NS43 may include a string select transistor SST, a plurality of memory cells MC1 to MC8, and a ground select transistor GST. 3 illustrates that each of the plurality of memory NAND strings NS11 to NS43 includes eight memory cells MC1 to MC8, but is not necessarily limited thereto.

스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 스트링 선택 라인(SSL1-SSL4)에 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀들(MC1-MC8)은 각각 상응하는 워드라인들(WL1-WL8)에 연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 워드라인들(WL1-WL8) 중 적어도 하나는 더미 워드라인으로 제공될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 상응하는 접지 선택 라인(GSL1-GSL2)에 연결될 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 비트라인(BL1-BL3)에 연결되고, 접지 선택 트랜지스터(GST)는 공통 소스 라인(CSL)에 연결될 수 있다. The string select transistor SST may be connected to corresponding string select lines SSL1 to SSL4. The plurality of memory cells MC1 to MC8 may be connected to corresponding word lines WL1 to WL8, respectively. According to example embodiments, at least one of the word lines WL1 to WL8 may be provided as a dummy word line. The ground select transistor GST may be connected to corresponding ground select lines GSL1 - GSL2 . The string select transistor SST may be connected to corresponding bit lines BL1 - BL3 , and the ground select transistor GST may be connected to the common source line CSL.

동일 높이의 워드라인(예를 들면, WL1)은 공통으로 연결되고, 접지 선택 라인(GSL1-GSL2) 및 스트링 선택 라인(SSL1-SSL4) 중 적어도 일부는 서로 분리될 수 있다. 일례로, 도 3을 참조하면, 같은 높이에 배치되는 스트링 선택 라인들(SSL1-SSL4)은 각각 분리되고, 같은 높이에 배치되는 접지 선택 라인(GSL1-GSL2) 중 일부는 서로 연결될 수 있다. 따라서 도 3에 도시한 일 실시예에서는, 접지 선택 라인(GSL1-GSL2) 각각의 위에 두 개의 스트링 선택 라인(SSL1-SSL4) 중 두 개가 배치될 수 있다. 도 3에는 메모리 블록(BLK)이 여덟 개의 워드라인들(WL1-WL8) 및 세 개의 비트라인들(BL1-BL3)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Word lines (eg, WL1) having the same height may be connected in common, and at least some of the ground select lines GSL1 to GSL2 and the string select lines SSL1 to SSL4 may be separated from each other. For example, referring to FIG. 3 , the string select lines SSL1 to SSL4 disposed at the same height may be separated from each other, and some of the ground select lines GSL1 to GSL2 disposed at the same height may be connected to each other. Accordingly, in the embodiment shown in FIG. 3 , two of the two string select lines SSL1 to SSL4 may be disposed on each of the ground select lines GSL1 to GSL2 . Although the memory block BLK is illustrated in FIG. 3 as being connected to eight word lines WL1 to WL8 and three bit lines BL1 to BL3, it is not necessarily limited thereto.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.4A to 4D are diagrams provided to explain the operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4d는 메모리 장치에 포함되는 메모리 셀들 각각에 저장되는 데이터의 비트 수에 따른, 메모리 셀들의 문턱 전압 산포를 나타낸 도면들일 수 있다. 먼저 도 4a는 1 비트의 데이터가 저장되는 메모리 셀들의 문턱 전압 산포를 나타낸 도면일 수 있다.4A to 4D may be diagrams illustrating distribution of threshold voltages of memory cells according to the number of bits of data stored in each of the memory cells included in the memory device. First, FIG. 4A may be a diagram illustrating threshold voltage distribution of memory cells storing 1-bit data.

도 4a를 참조하면, 메모리 셀들은 제1 상태(S1) 및 제2 상태(S2) 중 어느 하나를 가질 수 있다. 제1 상태(S1)는 제2 상태(S2)보다 낮은 전압을 가질 수 있다. 도 6에 도시한 일 실시예에서, 읽기 동작을 위해 메모리 컨트롤러가 워드라인들에 입력하는 읽기 전압(VRD)은, 제1 상태(S1)와 제2 상태(S2) 사이의 전압일 수 있다.Referring to FIG. 4A , memory cells may have one of a first state S1 and a second state S2. The first state S1 may have a lower voltage than the second state S2. In the embodiment shown in FIG. 6 , the read voltage V RD input to word lines by the memory controller for a read operation may be a voltage between the first state S1 and the second state S2. .

도 4b는 2 비트의 데이터가 각각 저장될 수 있는 메모리 셀들에서, 메모리 셀들의 문턱 전압 산포를 나타낸 도면일 수 있다. 도 4b에 도시한 일 실시예에서 메모리 셀들은 제1 내지 제4 상태들(S1-S4) 중 어느 하나를 가질 수 있다. 메모리 컨트롤러는 제1 내지 제4 상태들(S1-S4) 사이의 제1 내지 제3 읽기 전압들(VRD1-VRD3)을 워드라인들에 입력하여 읽기 동작을 실행할 수 있다. 또한, 복수 회의 프로그램 동작을 통해 2 비트의 데이터를 메모리 셀들 각각에 저장할 수 있다.FIG. 4B may be a diagram illustrating threshold voltage distribution of memory cells in memory cells each capable of storing 2-bit data. In the embodiment shown in FIG. 4B , the memory cells may have any one of the first to fourth states S1 to S4. The memory controller may perform a read operation by inputting the first to third read voltages V RD1 -V RD3 between the first to fourth states S1 to S4 to word lines. Also, 2-bit data may be stored in each of the memory cells through a plurality of program operations.

도 4c는 3 비트의 데이터가 각각 저장될 수 있는 메모리 셀들에서, 메모리 셀들의 문턱 전압 산포를 나타낸 도면일 수 있다. 도 4c에 도시한 일 실시예에서 메모리 셀들은 제1 내지 제8 상태들(S1-S8) 중 어느 하나를 가질 수 있다. 메모리 컨트롤러는 제1 내지 제8 상태들(S1-S8) 사이의 제1 내지 제7 읽기 전압들(VRD1-VRD7)을 워드라인들에 입력하여 읽기 동작을 실행할 수 있다.FIG. 4C may be a diagram illustrating threshold voltage distribution of memory cells in memory cells each capable of storing 3-bit data. In the embodiment shown in FIG. 4C , the memory cells may have any one of the first to eighth states S1 to S8. The memory controller may perform a read operation by inputting the first to seventh read voltages V RD1 -V RD7 between the first to eighth states S1 to S8 to word lines.

도 4d는 4 비트의 데이터를 각각 저장할 수 있는 메모리 셀들의 문턱 전압 산포를 나타낸 도면일 수 있다. 도 4d에 도시한 일 실시예에서 메모리 셀들은 제1 내지 제16 상태들(S1-S16) 중 어느 하나를 가질 수 있다. 메모리 컨트롤러는 제1 내지 제16 상태들(S1-S16) 사이의 제1 내지 제15 읽기 전압들(VRD1-VRD15)을 워드 라인들에 입력하여 읽기 동작을 실행할 수 있다.4D may be a diagram illustrating threshold voltage distribution of memory cells each capable of storing 4-bit data. In the embodiment shown in FIG. 4D , the memory cells may have any one of the first to sixteenth states S1 to S16. The memory controller may perform a read operation by inputting the first to fifteenth read voltages V RD1 -V RD15 between the first to sixteenth states S1 to S16 to word lines.

도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 메모리 셀들의 문턱 전압을 변경하는 방식으로 데이터를 프로그램하거나 삭제할 수 있다. 메모리 셀들 각각의 문턱 전압이 프로그램 동작 직후의 전압을 그대로 유지하는 경우, 반도체 장치는 메모리 셀들 각각의 데이터를 정확하게 읽어올 수 있다. As described with reference to FIGS. 4A to 4D , the semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention may program or delete data by changing threshold voltages of memory cells. When the threshold voltage of each memory cell maintains the voltage immediately after the program operation, the semiconductor device can accurately read data of each memory cell.

다만 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서는 일부의 메모리 셀들이 같은 워드라인 및/또는 비트라인에 연결될 수 있으며, 따라서 프로그램 동작에서 선택되지 않은 비선택 메모리 셀들에도 소정의 전압이 인가될 수 밖에 없다. 선택 메모리 셀에 대한 프로그램 동작에서 비선택 메모리 셀들의 문턱 전압이 변경되는 경우, 비선택 메모리 셀들의 데이터가 손상될 수 있으며, 이는 반도체 장치의 성능 및 신뢰성 저하로 이어질 수 있다.However, as described above with reference to FIG. 3 , in the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, some memory cells may be connected to the same word line and/or bit line, and thus, non-selected memory that is not selected in a program operation. A predetermined voltage is inevitably applied to the cells as well. When threshold voltages of unselected memory cells are changed during a program operation on a selected memory cell, data of the unselected memory cells may be damaged, which may lead to deterioration in performance and reliability of the semiconductor device.

본 발명의 일 실시예에서는, 프로그램 동작에서 선택 메모리 셀과 연결된 프로그램 워드라인에 입력되는 프로그램 전압의 크기, 및 프로그램 워드라인의 위치 등에 따라, 선택 메모리 셀이 포함된 낸드 스트링에 연결된 스트링 선택 라인과 접지 선택 라인, 및 공통 소스 라인 등에 입력되는 전압의 크기를 조절할 수 있다. 따라서, 프로그램 동작 시 비선택 메모리 셀들에서 발생할 수 있는 문턱 전압 변화를 최소화하고, 반도체 장치의 성능과 신뢰성을 개선할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in a program operation, a string selection line connected to a NAND string including a selected memory cell and a The level of the voltage input to the ground selection line and the common source line can be adjusted. Accordingly, a threshold voltage change that may occur in unselected memory cells during a program operation may be minimized, and performance and reliability of the semiconductor device may be improved.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 대략적으로 나타낸 도면들이다.5 and 6 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(40)는 복수의 매트들(41-44)과 로직 회로(45)를 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 매트들(41-44) 각각은 도 2를 참조하여 설명한 셀 영역(33), 페이지 버퍼부(35), 및 로우 디코더(36) 등을 포함할 수 있으며, 로직 회로(45)는 제어 로직 회로(32) 및 전압 생성기(35) 등을 포함할 수 있다. Referring first to FIG. 5 , a semiconductor device 40 according to an exemplary embodiment may include a plurality of mats 41 to 44 and a logic circuit 45 . For example, each of the plurality of mats 41 to 44 may include the cell area 33, the page buffer unit 35, and the row decoder 36 described with reference to FIG. 2, and the logic circuit 45 ) may include a control logic circuit 32 and a voltage generator 35 and the like.

실시예들에 따라, 복수의 매트들(41-44) 각각은 서로 독립적으로 동작할 수 있다. 일례로, 제1 매트(41)가 외부의 메모리 컨트롤러 등으로부터 수신한 데이터를 기록하는 프로그램 동작을 실행하는 동안, 로직 회로(45)는 제2 매트(42)에 저장된 데이터를 읽어와서 외부로 출력할 수 있다. According to embodiments, each of the plurality of mats 41 to 44 may operate independently of each other. For example, while the first mat 41 executes a program operation of writing data received from an external memory controller, etc., the logic circuit 45 reads data stored in the second mat 42 and outputs it to the outside. can do.

다음으로 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(50)에 포함되는 매트들 중 하나에서 셀 영역과 주변 회로 영역의 배치를 나타낸 도면일 수 있다. 도 6을 참조하면, 셀 영역들(51A, 51B) 주변에 주변 회로 영역이 배치되며, 일례로 로우 디코더(52)는 셀 영역들(51A, 51B) 각각의 양측에 배치될 수 있다. 한편, 페이지 버퍼부들(53A, 53B)은 셀 영역들(51A, 51B) 일측에 각각 배치될 수 있다. 셀 영역들(51A, 51B) 각각과 로우 디코더(52)가 인접하는 방향은, 셀 영역들(51A, 51B) 각각이 페이지 버퍼부들(53A, 53B)에 인접하는 방향과 교차할 수 있다. 로우 디코더(52)와 페이지 버퍼부들(53A, 53B)은 입출력 회로(54A, 54B)를 통해, 반도체 장치(50) 전반의 동작을 제어하는 로직 회로, 및 외부 장치와 통신하는 입출력 인터페이스와 연결될 수 있다.Next, FIG. 6 may be a diagram showing the arrangement of a cell region and a peripheral circuit region in one of the mats included in the semiconductor device 50 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6 , a peripheral circuit area is disposed around the cell areas 51A and 51B, and for example, a row decoder 52 may be disposed on both sides of each of the cell areas 51A and 51B. Meanwhile, the page buffer units 53A and 53B may be disposed on one side of the cell regions 51A and 51B, respectively. A direction in which each of the cell regions 51A and 51B and the row decoder 52 are adjacent may cross a direction in which each of the cell regions 51A and 51B is adjacent to the page buffer units 53A and 53B. The row decoder 52 and the page buffer units 53A and 53B may be connected to a logic circuit that controls overall operations of the semiconductor device 50 and an input/output interface that communicates with an external device through the input/output circuits 54A and 54B. there is.

일례로, 셀 영역들(51A, 51B) 각각에 포함되는 워드라인들과 스트링 선택 라인들, 및 접지 선택 라인들은 도 6의 가로 방향으로 연장되어 셀 영역들(51A, 51B)에 인접한 로우 디코더(52)와 연결될 수 있다. 한편, 셀 영역들(51A, 51B) 각각에서 채널층들과 연결되는 비트라인들은 세로 방향으로 연장되어 셀 영역들(51A, 51B) 각각의 일측에 배치되는 페이지 버퍼부(53A, 53B)와 연결될 수 있다. 도 6에 도시한 일 실시예에서, 셀 영역들(51A, 51B), 로우 디코더(52), 페이지 버퍼부들(53A, 53B), 및 입출력 회로(54A, 54B) 등은, 하나의 기판에 형성될 수 있다.For example, word lines, string selection lines, and ground selection lines included in each of the cell regions 51A and 51B extend in the horizontal direction of FIG. 6 and are adjacent to the cell regions 51A and 51B. 52) can be linked. Meanwhile, bit lines connected to the channel layers in each of the cell regions 51A and 51B extend in a vertical direction and are connected to page buffer units 53A and 53B disposed on one side of each of the cell regions 51A and 51B. can 6, the cell regions 51A and 51B, the row decoder 52, the page buffer units 53A and 53B, and the input/output circuits 54A and 54B are formed on one substrate. It can be.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.7 to 9 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(100)의 일부를 도시한 평면도일 수 있다. 도 7을 참조하면, 반도체 장치(100)는 셀 영역(CELL)과 주변 회로 영역(PERI)을 포함하며, 셀 영역(CELL)은 셀 어레이 영역(CAR)과 셀 컨택 영역(CTR)을 포함할 수 있다. 일례로, 셀 어레이 영역(CAR)은 채널 구조체들(CH)이 배치되는 영역일 수 있으며, 셀 컨택 영역(CTR)은 셀 컨택들(CMC)이 배치되는 영역일 수 있다. 도 7에 도시한 일 실시예에서, 셀 컨택 영역(CTR)은 셀 어레이 영역(CAR)과 주변 회로 영역(PERI) 사이에 배치될 수 있다.7 may be a top plan view of a portion of the semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 7 , the semiconductor device 100 may include a cell region CELL and a peripheral circuit region PERI, and the cell region CELL may include a cell array region CAR and a cell contact region CTR. can For example, the cell array area CAR may be an area where the channel structures CH are disposed, and the cell contact area CTR may be an area where the cell contacts CMC are disposed. In the embodiment shown in FIG. 7 , the cell contact region CTR may be disposed between the cell array region CAR and the peripheral circuit region PERI.

셀 영역(CELL)에는 제1 방향(Z축 방향)으로 적층되는 복수의 게이트 전극층들, 및 제1 방향으로 연장되어 복수의 게이트 전극층들을 관통하는 복수의 채널 구조체들(CH)이 배치될 수 있다. 복수의 게이트 전극층들은 금속, 금속 실리사이드 등의 도전성 물질로 형성되며, 복수의 채널 구조체들(CH) 각각은 채널층, 전하 저장층, 터널링층 등을 포함할 수 있다.A plurality of gate electrode layers stacked in a first direction (Z-axis direction) and a plurality of channel structures CH extending in the first direction and penetrating the plurality of gate electrode layers may be disposed in the cell region CELL. . The plurality of gate electrode layers may be formed of a conductive material such as metal or metal silicide, and each of the plurality of channel structures CH may include a channel layer, a charge storage layer, a tunneling layer, and the like.

주변 회로 영역(PERI)에는 복수의 소자들(LVTR, HVTR)이 배치되며, 복수의 소자들(LVTR, HVTR)은 서로 다른 불순물 특성을 갖는 제1 웰 영역(WA1) 및 제2 웰 영역(WA2)에 형성될 수 있다. 일례로, 제1 웰 영역(WA1)에는 저전압 소자들(LVTR)이 형성되고, 제2 웰 영역(WA2)에는 고전압 소자들(HVTR)이 형성될 수 있다. 도 7에 도시한 일 실시예에서, 셀 영역(CELL)과 제2 방향(X축 방향)으로 인접한 소자들(LVTR, HVTR) 중 적어도 일부는, 셀 컨택 영역(CTR)의 셀 컨택들(CMC)과 연결되는 로우 디코더에 포함되는 소자들일 수 있다.A plurality of devices LVTR and HVTR are disposed in the peripheral circuit area PERI, and the plurality of devices LVTR and HVTR have a first well region WA1 and a second well region WA2 having different impurity characteristics. ) can be formed. For example, low voltage devices LVTR may be formed in the first well area WA1 , and high voltage devices HVTR may be formed in the second well area WA2 . 7 , at least some of the elements LVTR and HVTR adjacent to the cell region CELL in the second direction (X-axis direction) are cell contacts CMC of the cell contact region CTR. ) may be elements included in a row decoder connected to.

도 7에 도시한 바와 같이, 셀 영역(CELL)은 복수의 블록들(BLK)을 포함하며, 복수의 블록들(BLK)은 제2 방향으로 연장되는 복수의 제1 분리 영역들(DA1)에 의해 서로 구분되며, 제3 방향(Y축 방향)을 따라 배열될 수 있다. 복수의 제1 분리 영역들(DA1) 각각은 제2 방향을 따라 연장되어 셀 영역(CELL)을 가로지를 수 있으며, 절연성 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 제1 분리 영역들(DA1) 각각은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 7 , the cell area CELL includes a plurality of blocks BLK, and the plurality of blocks BLK extends in the second direction in a plurality of first separation regions DA1. separated from each other by, and may be arranged along the third direction (Y-axis direction). Each of the plurality of first separation regions DA1 may extend along the second direction, cross the cell region CELL, and may include an insulating material. For example, each of the plurality of first separation regions DA1 may be formed of silicon oxide, silicon nitride, or the like.

한편, 복수의 블록들(BLK) 각각에는 복수의 제2 분리 영역들(DA2) 중 적어도 하나가 배치될 수 있다. 복수의 제2 분리 영역들(DA2)은 복수의 제1 분리 영역들(DA1)과 마찬가지로 제2 방향으로 연장되나, 복수의 블록들(BLK) 사이의 경계가 아닌, 복수의 블록들(BLK) 중 하나의 내부에 배치될 수 있다. 도 5에 도시한 일 실시예에서는, 복수의 블록들(BLK) 각각이 2개의 제2 분리 영역들(DA2)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 복수의 블록들(BLK) 각각에 포함되는 제2 분리 영역들(DA2)의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.Meanwhile, at least one of the plurality of second separation regions DA2 may be disposed in each of the plurality of blocks BLK. The plurality of second separation regions DA2 extends in the second direction like the plurality of first separation regions DA1 , but are not a boundary between the plurality of blocks BLK, but form a boundary between the plurality of blocks BLK. It can be placed inside one of them. In the embodiment shown in FIG. 5 , each of the plurality of blocks BLK is illustrated as including two second separation regions DA2, but the second separation included in each of the plurality of blocks BLK. The number of regions DA2 may vary according to embodiments.

도 7을 참조하면, 복수의 블록들(BLK) 각각의 내부에 배치되는 복수의 제2 분리 영역들(DA2) 각각이, 제2 방향(X축 방향)에서 제1 라인(DL1)과 제2 라인(DL2)으로 분리될 수 있다. 제1 라인(DL1)과 제2 라인(DL2)은 제2 방향에서 서로 연결되지 않고 분리될 수 있다. 따라서, 제1 라인(DL1)과 제2 라인(DL2) 사이를 통해, 복수의 게이트 전극층들 중 일부가 복수의 블록들(BLK) 각각에서 하나의 층으로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 7 , each of the plurality of second separation regions DA2 disposed inside each of the plurality of blocks BLK has a first line DL1 and a second line DL1 in the second direction (X-axis direction). can be separated by line DL2. The first line DL1 and the second line DL2 may be separated from each other in the second direction. Accordingly, some of the plurality of gate electrode layers may be connected as one layer in each of the plurality of blocks BLK through the first line DL1 and the second line DL2 .

일례로, 복수의 게이트 전극층들 중에서 복수의 워드라인들을 제공하는 게이트 전극층들이, 제1 라인(DL1)과 제2 라인(DL2) 사이에서 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 높이에 배치되며 워드라인들 중 하나를 제공하는 게이트 전극층은, 제1 라인(DL1)과 제2 라인(DL2) 사이에서 서로 연결될 수 있으며, 복수의 블록들(BLK) 각각 내에서 제3 방향(Y축 방향)을 따라 복수의 영역들로 분할되지 않을 수 있다. For example, gate electrode layers providing a plurality of word lines among a plurality of gate electrode layers may be connected to each other between the first line DL1 and the second line DL2 . For example, the gate electrode layer disposed at the first height and providing one of the word lines may be connected to each other between the first line DL1 and the second line DL2, and each of the plurality of blocks BLK may not be divided into a plurality of regions along the third direction (Y-axis direction) within the region.

반면, 스트링 선택 라인을 제공하는 게이트 전극층들은, 복수의 블록들(BLK) 각각에서 제1 라인(DL1) 및 상부 분리층(SC)에 의해 제3 방향에서 복수의 영역들로 분할될 수 있다. 한편, 접지 선택 라인을 제공하는 게이트 전극층들은, 복수의 블록들(BLK) 각각 내에서 일부가 서로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 분리층(SC)에 의해 서로 분리되어 한 쌍의 스트링 선택 라인을 제공하는 한 쌍의 게이트 전극층들의 아래에서, 접지 선택 라인을 제공하는 한 쌍의 게이트 전극층들은 서로 연결될 수 있다. 이 경우, 하나의 블록(BLK) 내에 배치되는 스트링 선택 라인들의 개수가 접지 선택 라인들의 개수보다 많을 수 있다.On the other hand, the gate electrode layers providing the string selection line may be divided into a plurality of regions in the third direction by the first line DL1 and the upper separation layer SC in each of the plurality of blocks BLK. Meanwhile, portions of the gate electrode layers providing the ground selection line may be connected to each other within each of the plurality of blocks BLK. In one embodiment, under the pair of gate electrode layers providing a pair of string selection lines separated from each other by the upper separation layer SC, a pair of gate electrode layers providing a ground selection line may be connected to each other. . In this case, the number of string selection lines arranged in one block BLK may be greater than the number of ground selection lines.

도 8은 도 7의 I-I` 방향의 단면을 나타낸 도면이다. 도 7 및 도 8을 함께 참조하면, 반도체 장치(100)는 기판(101)의 상면에 수직하는 제1 방향(Z축 방향)으로 적층되는 복수의 게이트 전극층들(110)과 복수의 절연층들(120), 및 제1 방향으로 연장되어 게이트 전극층들(110)과 절연층들(120)을 관통하는 채널 구조체들(CH) 등을 포함할 수 있다. 채널 구조체들(CH) 각각은 기판(101)에 연결되는 채널층(132), 채널층(132)과 게이트 전극층들(110) 사이에 배치되는 게이트 유전층(131), 채널층(132) 내부의 매립 절연층(133), 및 채널층(132) 상부의 드레인 영역(134) 등을 포함할 수 있다. 복수의 게이트 전극층들(110) 상에는 층간 절연층(150)이 배치될 수 있다.FIG. 8 is a view showing a cross section in the direction II′ of FIG. 7 . 7 and 8 together, the semiconductor device 100 includes a plurality of gate electrode layers 110 and a plurality of insulating layers stacked in a first direction (Z-axis direction) perpendicular to the upper surface of the substrate 101. 120 , and channel structures CH extending in the first direction and penetrating the gate electrode layers 110 and the insulating layers 120 . Each of the channel structures CH includes a channel layer 132 connected to the substrate 101, a gate dielectric layer 131 disposed between the channel layer 132 and the gate electrode layers 110, and a channel layer 132 inside the channel layer 132. The buried insulating layer 133 and the drain region 134 over the channel layer 132 may be included. An interlayer insulating layer 150 may be disposed on the plurality of gate electrode layers 110 .

게이트 유전층(131)은 터널링층, 전하 저장층, 블록킹층 등을 포함할 수 있다. 일례로, 터널링층, 전하 저장층, 블록킹층 중 적어도 하나는 게이트 전극층들(110)을 둘러싸는 형태로 형성될 수도 있다. 드레인 영역(134)은 비트라인 컨택(135)을 통해 비트라인들(BL) 중 적어도 하나와 연결되며, 비트라인들(BL)은 주변 회로 영역(PERI)에 형성되는 페이지 버퍼에 연결될 수 있다. 비트라인들(BL)은 제3 방향(Y축 방향)으로 연장될 수 있다.The gate dielectric layer 131 may include a tunneling layer, a charge storage layer, a blocking layer, and the like. For example, at least one of the tunneling layer, the charge storage layer, and the blocking layer may be formed to surround the gate electrode layers 110 . The drain region 134 is connected to at least one of the bit lines BL through the bit line contact 135, and the bit lines BL may be connected to a page buffer formed in the peripheral circuit area PERI. The bit lines BL may extend in the third direction (Y-axis direction).

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(200)를 간단하게 나타낸 도면일 수 있다. 도 9를 참조하면, 반도체 장치(200)는 기판(201) 상에 적층되는 복수의 워드라인들(WL), 복수의 워드라인들(WL)의 위에 배치되는 복수의 스트링 선택 라인들(SSL1, SSL2), 복수의 워드라인들(WL)과 기판(201) 사이에 배치되는 접지 선택 라인(GSL) 등을 포함할 수 있다. 도 9에 도시한 일 실시예에서는 제1 방향(Z축 방향)으로 제1 스트링 선택 라인(SSL1)과 제2 스트링 선택 라인(SSL2)이 적층되는 것으로 도시하였으나, 복수의 스트링 선택 라인들(SSL1, SSL2)의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.9 may be a diagram simply illustrating the semiconductor device 200 according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 9 , the semiconductor device 200 includes a plurality of word lines WL stacked on a substrate 201 and a plurality of string select lines SSL1 disposed on the plurality of word lines WL. SSL2), a ground select line GSL disposed between the plurality of word lines WL and the substrate 201, and the like. In the embodiment shown in FIG. 9, the first string selection line SSL1 and the second string selection line SSL2 are stacked in a first direction (Z-axis direction), but a plurality of string selection lines SSL1 , SSL2) may vary depending on the embodiment.

복수의 채널 구조체들(CH)은 제1 방향으로 연장되어 복수의 워드라인들(WL)과 복수의 스트링 선택 라인들(SSL1, SSL2), 및 접지 선택 라인(GSL)을 관통하여 기판(201)과 연결되며, 상부의 채널 컨택들(CHCNT)을 통해 비트라인들(BL1, BL2)과 연결될 수 있다. 복수의 워드라인들(WL)과 복수의 스트링 선택 라인들(SSL1, SSL2), 및 접지 선택 라인(GSL)은 제2 방향(X축 방향)으로 연장되는 분리 영역(DA)에 의해 제3 방향(Y축 방향)에서 서로 분리될 수 있다. The plurality of channel structures CH extends in the first direction and penetrates the plurality of word lines WL, the plurality of string select lines SSL1 and SSL2, and the ground select line GSL to form the substrate 201. and may be connected to the bit lines BL1 and BL2 through upper channel contacts CHCNT. The plurality of word lines WL, the plurality of string selection lines SSL1 and SSL2, and the ground selection line GSL are formed in the third direction by the separation area DA extending in the second direction (X-axis direction). (Y-axis direction) can be separated from each other.

복수의 워드라인들(WL)은, 복수의 채널 구조체들(CH)과 함께 메모리 셀들을 제공할 수 있다. 메모리 셀들의 개수는, 복수의 워드라인들(WL)의 개수 및 복수의 채널 구조체들(CH)의 개수에 따라 결정될 수 있다. The plurality of word lines WL may provide memory cells together with a plurality of channel structures CH. The number of memory cells may be determined according to the number of word lines WL and the number of channel structures CH.

본 발명의 일 실시예에서, 복수의 메모리 셀들에 데이터를 기록하는 프로그램 동작은, 복수의 워드라인들(WL) 중에서 제1 방향으로 위에 배치된 워드라인으로부터 아래에 배치된 워드라인을 향하는 방향으로 실행될 수 있다. 일례로, 도 9에 도시한 일 실시예에서, 제1 워드라인(WL1)에 연결된 제1 메모리 셀(MC1)에 대한 프로그램 동작이 가장 먼저 실행되고, 제2 워드라인(WL2)에 연결된 제2 메모리 셀(MC2)에 대한 프로그램 동작이 가장 늦게 실행될 수 있다. 따라서, 제1 워드라인(W1L)에 프로그램 전압이 가장 먼저 입력되고, 제2 워드라인(WL2)에 프로그램 전압이 가장 늦게 입력될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a program operation of writing data into a plurality of memory cells is performed in a first direction from a word line disposed above to a word line disposed below among a plurality of word lines WL. can be executed For example, in the embodiment shown in FIG. 9 , a program operation for the first memory cell MC1 connected to the first word line WL1 is executed first, and the second memory cell MC1 connected to the second word line WL2 is executed first. A program operation for the memory cell MC2 may be executed last. Accordingly, the program voltage may be input to the first word line W1L first, and the program voltage may be input to the second word line WL2 last.

도 9에 도시한 바와 같이, 프로그램 전압은 복수의 워드라인들(WL) 각각을 단위로 입력되므로, 제1 워드라인(WL1)에 프로그램 전압이 입력되는 동안, 제1 메모리 셀(MC1)이 아닌, 제1 워드라인(WL1)과 연결된 다른 메모리 셀들에도 프로그램 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 의도치 않게 제1 메모리 셀(MC1)이 아닌 다른 메모리 셀들의 데이터가 변경될 수 있다. 일례로, 제1 메모리 셀(MC1)과 달리, 제1 비트라인(BL1)에 연결된 채널 구조체들(CH)에 의해 제공되며 제1 워드라인(WL1)에 연결되는 메모리 셀들의 데이터가 의도치 않게 변경될 수 있다.As shown in FIG. 9 , since the program voltage is input to each of the plurality of word lines WL as a unit, while the program voltage is input to the first word line WL1, not the first memory cell MC1. , the program voltage may also be applied to other memory cells connected to the first word line WL1. Accordingly, data of memory cells other than the first memory cell MC1 may be unintentionally changed. For example, unlike the first memory cell MC1 , data of memory cells provided by the channel structures CH connected to the first bit line BL1 and connected to the first word line WL1 may be unintentionally transmitted. can be changed.

본 발명의 일 실시예에서는, 선택되지 않은 메모리 셀들에서 채널층의 전압을 부스팅시킴으로써, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 프로그램 동작에서 선택하지 않은 메모리 셀들의 채널층의 전압을 부스팅시키는 경우, 워드라인을 통해 입력되는 프로그램 전압과 채널층의 전압 사이의 차이가 감소할 수 있다. 따라서 선택되지 않은 메모리 셀들이 의도치 않게 프로그램되는 현상을 최소화할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the above problem can be solved by boosting the voltage of the channel layer in unselected memory cells. When the channel layer voltages of memory cells not selected in the program operation are boosted, a difference between a program voltage input through a word line and a channel layer voltage may decrease. Accordingly, it is possible to minimize unintentional programming of unselected memory cells.

일례로, 반도체 장치(200)는 프로그램을 진행하기 위해 복수의 워드라인들(WL) 중에서 선택한 프로그램 워드라인에 프로그램 전압을 인가하기에 앞서 채널 초기화 동작 등을 실행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 채널 초기화 동작이 실행되는 동안, 접지 선택 라인(GSL) 및/또는 기판(201)에 형성되어 채널 구조체들(CH)에 연결되는 공통 소스 라인에 입력되는 전압의 크기를, 프로그램 전압의 크기, 및/또는 프로그램 워드라인의 위치 등에 따라 가변함으로써, 선택하지 않은 메모리 셀들의 채널층의 전압을 필요한 만큼 부스팅시킬 수 있다. 일례로, 프로그램 워드라인의 위치는, 복수의 워드라인들(WL) 중에서 프로그램 워드라인의 제1 방향에 따른 위치일 수 있다. For example, the semiconductor device 200 may perform a channel initialization operation or the like prior to applying a program voltage to a program word line selected from among a plurality of word lines WL in order to perform a program. In one embodiment of the present invention, while the channel initialization operation is being executed, the magnitude of the voltage input to the ground selection line (GSL) and/or the common source line formed on the substrate 201 and connected to the channel structures (CH). The voltage of the channel layer of non-selected memory cells may be boosted as necessary by varying V according to the size of the program voltage and/or the position of the program word line. For example, the position of the program word line may be a position of the program word line among the plurality of word lines WL along the first direction.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.10 is a diagram provided to describe an operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 주변 회로 영역은, 복수의 워드라인들 중 하나의 프로그램 워드라인(PGM WL)을 선택하여 프로그램 전압을 입력할 수 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 프로그램 동작 동안 주변 회로 영역은 프로그램 워드라인(PGM WL)에 프로그램 전압을 2회 이상 입력할 수 있다. 일례로, 주변 회로 영역의 로우 디코더는 제1 프로그램 시간 동안 제1 프로그램 전압(VPGM1)을 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력하고, 제2 프로그램 시간 동안 제2 프로그램 전압(VPGM2)을 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력할 수 있다. 제1 프로그램 전압(VPGM1)과 제2 프로그램 전압(VPGM2)은 서로 다른 크기를 가질 수 있으며, 도 10에 도시한 일 실시예에서는 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 10 , a program voltage may be input to a peripheral circuit region of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention by selecting one program word line PGM WL among a plurality of word lines. As shown in FIG. 10 , during the program operation, the peripheral circuit area may input the program voltage to the program word line PGM WL two or more times. For example, the row decoder of the peripheral circuit area inputs a first program voltage (V PGM1 ) to the program word line (PGM WL) during a first program time, and programs a second program voltage (V PGM2 ) during a second program time. It can be input to the word line (PGM WL). The first program voltage (V PGM1 ) and the second program voltage (V PGM2 ) may have different sizes. In the embodiment shown in FIG. 10 , the first program voltage (V PGM1 ) is the second program voltage (V PGM1 ). PGM2 ) may be smaller.

제1 프로그램 시간과 제2 프로그램 시간 각각은, 채널 초기화 시간, 프로그램 실행 시간, 및 프로그램 복구 시간 등을 포함할 수 있다. 채널 초기화 시간 동안, 반도체 장치는 로우 디코더를 제어하여 채널층의 전압을 설정할 수 있다. 프로그램 실행 시간은 프로그램 워드라인(PGM WL)에 프로그램 전압이 입력되는 시간일 수 있으며, 프로그램 복구 시간은 프로그램 전압 등이 방전되는 시간일 수 있다.Each of the first program time and the second program time may include a channel initialization time, a program execution time, a program recovery time, and the like. During the channel initialization time, the semiconductor device may set the voltage of the channel layer by controlling the row decoder. The program execution time may be a time when the program voltage is input to the program word line PGM WL, and the program recovery time may be a time when the program voltage or the like is discharged.

먼저 제1 프로그램 시간의 채널 초기화 시간 동안, 주변 회로 영역은 선택 메모리 셀과 같은 낸드 스트링에 연결되는 스트링 선택 라인(SEL SSL)에 선택 전압(VSEL)을 입력할 수 있다. 한편, 선택 메모리 셀과 다른 낸드 스트링에 연결되는 스트링 선택 라인(UNSEL SSL)에는, 비선택 전압(VUNSEL)이 입력될 수 있다. 일례로, 선택 전압(VSEL)은 스트링 선택 라인에 연결된 스트링 선택 트랜지스터의 문턱 전압보다 큰 전압일 수 있으며, 비선택 전압(VUNSEL)은 스트링 선택 라인에 연결된 스트링 선택 트랜지스터의 문턱 전압보다 작은 전압일 수 있다.First, during the channel initialization time of the first program time, the peripheral circuit area may input the selection voltage V SEL to the string selection line SEL SSL connected to the same NAND string as the selected memory cell. Meanwhile, the unselect voltage V UNSEL may be input to the string select line UNSEL SSL connected to a NAND string different from the selected memory cell. As an example, the selection voltage (V SEL ) may be a voltage greater than the threshold voltage of the string selection transistor connected to the string selection line, and the non-selection voltage (V UNSEL ) is a voltage less than the threshold voltage of the string selection transistor connected to the string selection line can be

한편, 주변 회로 영역은 접지 선택 라인(GSL)에 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)을 입력하고, 공통 소스 라인(CSL)에 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)을 입력할 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)은 반도체 장치의 셀 영역에서 기판에 형성되는 소스 영역과 전기적으로 연결되며, 따라서 선택 메모리 셀이 배치되는 블록의 낸드 스트링들이 하나의 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다.Meanwhile, the peripheral circuit region may input the first ground selection bias voltage V GB1 to the ground selection line GSL and the first source bias voltage V CB1 to the common source line CSL. The common source line CSL is electrically connected to a source region formed on a substrate in a cell region of a semiconductor device, and thus, NAND strings of a block in which a selected memory cell is disposed may be connected in common to one common source line CSL. there is.

채널 초기화 시간이 경과하면 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)은 방전되며, 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)과 선택 전압(VSEL) 및 비선택 전압(VUNSEL)의 레벨은 그대로 유지될 수 있다. 프로그램 실행 시간 동안 선택 메모리 셀에 연결된 프로그램 워드라인(PGM WL)에는 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 입력될 수 있다. 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1), 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 입력되기 전에 먼저 방전될 수 있다. 반면, 공통 소스 라인(CSL)을 통해 소스 영역에 입력되는 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)은, 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 입력되는 동안 그대로 유지될 수 있다.When the channel initialization time elapses, the first ground selection bias voltage (V GB1 ) is discharged, and the levels of the first source bias voltage (V CB1 ) and the selected voltage (V SEL ) and the unselected voltage (V UNSEL ) are maintained. can During program execution time, the first program voltage V PGM1 may be input to the program word line PGM WL connected to the selected memory cell. It may first be discharged before the first ground selection bias voltage V GB1 and the first program voltage V PGM1 are input. On the other hand, the first source bias voltage V CB1 input to the source region through the common source line CSL may be maintained while the first program voltage V PGM1 is input.

프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력되는 제1 프로그램 전압(VPGM1)과, 선택 메모리 셀이 포함되는 낸드 스트링의 채널 전압의 차이에 의해 전하가 선택 메모리 셀의 전하 저장층에 트랩될 수 있다. 프로그램 실행 시간 동안, 프로그램 워드라인(PGM WL)이 아닌 다른 워드라인들에는, 제1 프로그램 전압(VPGM1)보다 작은 패스 전압이 입력될 수 있다.Charges may be trapped in the charge storage layer of the selected memory cell by a difference between the first program voltage V PGM1 input to the program word line PGM WL and the channel voltage of the NAND string including the selected memory cell. During program execution time, a pass voltage lower than the first program voltage V PGM1 may be input to word lines other than the program word line PGM WL.

제1 프로그램 시간 동안, 선택 메모리 셀이 포함되는 선택 낸드 스트링과 연결된 비트라인에는 접지 전압이 입력되고, 선택 메모리 셀이 포함되지 않은 비선택 낸드 스트링과 연결된 비트라인들에는 접지 전압보다 큰 전압이 입력될 수 있다. 따라서, 비선택 낸드 스트링의 채널층의 전압은, 선택 낸드 스트링의 채널층 전압보다 상대적으로 높을 수 있으며, 비선택 낸드 스트링에 포함된 메모리 셀들의 데이터가 의도치 않게 변경되는 것을 방지할 수 있다. 일례로, 비선택 낸드 스트링에서 프로그램 워드라인(PGM WL)에 연결되는 비선택 메모리 셀의 데이터 변경을 방지할 수 있다. During the first program time, a ground voltage is input to a bit line connected to a selected NAND string including a selected memory cell, and a voltage higher than the ground voltage is input to bit lines connected to a non-select NAND string not including a selected memory cell. It can be. Accordingly, the voltage of the channel layer of the unselected NAND string may be relatively higher than that of the channel layer of the selected NAND string, and data of memory cells included in the unselected NAND string may be prevented from being changed unintentionally. For example, data change of unselected memory cells connected to the program word line PGM WL in the unselected NAND string may be prevented.

다만, 제1 프로그램 전압(VPGM1)보다 상대적으로 큰 제2 프로그램 전압(VPGM2)이 입력되는 제2 프로그램 동작에서는, 비선택 낸드 스트링에서 프로그램 워드라인(PGM WL)에 연결되는 비선택 메모리 셀의 데이터가 변경될 확률이 증가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 제2 프로그램 동작에서 접지 선택 라인(GSL)에 입력되는 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)의 크기가, 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)의 크기보다 클 수 있다. 또한, 제2 프로그램 동작에서 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)의 크기가, 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)의 크기보다 클 수 있다. 다시 말해, 접지 선택 라인(GSL)과 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 전압의 절대값은, 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력되는 프로그램 전압의 크기에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 비선택 낸드 스트링의 채널층의 전압이, 제1 프로그램 동작보다 제2 프로그램 동작에서 상대적으로 더 큰 레벨을 가질 수 있으며, 제2 프로그램 동작에서 비선택 메모리 셀들의 데이터가 의도치 않게 변경되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.However, in the second program operation in which the second program voltage (V PGM2 ) relatively higher than the first program voltage (V PGM1 ) is input, the unselected memory cell connected to the program word line (PGM WL) in the unselected NAND string The probability that the data of is changed may increase. In one embodiment of the present invention, the magnitude of the second ground selection bias voltage V GB2 input to the ground selection line GSL in the second program operation is greater than the magnitude of the first ground selection bias voltage V GB1 . can Also, in the second program operation, the level of the second source bias voltage V CB2 input to the common source line CSL may be greater than the level of the first source bias voltage VCB1 . In other words, the absolute value of the voltage input to the ground select line GSL and the common source line CSL may vary according to the magnitude of the program voltage input to the program word line PGM WL. Therefore, the voltage of the channel layer of the unselected NAND string may have a relatively higher level in the second program operation than in the first program operation, and data of unselected memory cells are unintentionally changed in the second program operation. can be effectively prevented.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.11 to 13 are diagrams provided to explain the operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 반도체 장치(300)는 복수의 낸드 스트링들(NS1-NS4)을 포함할 수 있다. 복수의 낸드 스트링들(NS1-NS4)은 하나의 블록 내에 포함되며, 따라서 워드라인들(WL1-WL3)을 공유할 수 있다. 제1 및 제2 낸드 스트링들(NS1, NS2)은 제1 비트라인(BL1)에 공통으로 연결되며, 제3 및 제4 낸드 스트링들(NS3, NS4)은 제2 비트라인(BL2)에 공통으로 연결될 수 있다. Referring to FIGS. 11 to 13 , the semiconductor device 300 may include a plurality of NAND strings NS1 to NS4 . A plurality of NAND strings NS1 to NS4 are included in one block, and thus may share word lines WL1 to WL3. The first and second NAND strings NS1 and NS2 are commonly connected to the first bit line BL1, and the third and fourth NAND strings NS3 and NS4 are connected to the second bit line BL2 in common. can be connected to

또한, 제1 및 제3 낸드 스트링들(NS1, NS3)은 제1 스트링 선택 라인(SSL1)에 공통으로 연결되고, 제2 및 제4 낸드 스트링들(NS2, NS4)은 제2 스트링 선택 라인(SSL2)에 공통으로 연결될 수 있다. 복수의 낸드 스트링들(NS1-NS4)은 하나의 접지 선택 라인(GSL) 및 하나의 공통 소스 라인(CSL)을 공유할 수 있다. 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명하는 일 실시예에서, 선택 메모리 셀(A)은 제1 낸드 스트링(NS1)에 포함되며 제2 워드라인(WL2)에 연결될 수 있다. In addition, the first and third NAND strings NS1 and NS3 are commonly connected to the first string selection line SSL1, and the second and fourth NAND strings NS2 and NS4 are connected to the second string selection line (SSL1). SSL2) can be commonly connected. The plurality of NAND strings NS1 to NS4 may share one ground select line GSL and one common source line CSL. In one embodiment described with reference to FIGS. 11 to 13 , the selected memory cell A is included in the first NAND string NS1 and may be connected to the second word line WL2 .

먼저 도 11은, 채널 초기화 시간 동안 복수의 낸드 스트링들(NS1-NS4)에 입력되는 바이어스 전압들을 나타낸 도면일 수 있다. 도 11을 참조하면, 채널 초기화 시간 동안, 선택 비트라인인 제1 비트라인(BL1)에는 접지 전압이 입력되고, 비선택 비트라인인 제2 비트라인(BL2)에는 접지 전압보다 높은 전원 전압(VCC)이 입력될 수 있다. 한편, 제1 낸드 스트링(NS1)과 연결된 제1 스트링 선택 라인(SSL1)에는 전원 전압(VCC)이 입력되고, 제2 스트링 선택 라인(SSL2)에는 접지 전압이 입력될 수 있다. 워드라인들(WL1-WL3)에는 접지 전압이 입력될 수 있다.First, FIG. 11 may be a diagram illustrating bias voltages input to the plurality of NAND strings NS1 to NS4 during channel initialization time. Referring to FIG. 11 , during channel initialization time, a ground voltage is input to the first bit line BL1, which is a selected bit line, and a power supply voltage VCC higher than the ground voltage is applied to a second bit line BL2, which is an unselected bit line. ) can be entered. Meanwhile, the power supply voltage VCC may be input to the first string select line SSL1 connected to the first NAND string NS1 , and the ground voltage may be input to the second string select line SSL2 . A ground voltage may be input to the word lines WL1 to WL3.

한편, 채널 초기화 시간 동안, 접지 선택 라인(GSL)에는 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)이 입력되고, 공통 소스 라인(CSL)에는 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)이 입력될 수 있다. 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)에 의해 접지 선택 라인(GSL1)과 연결된 접지 선택 트랜지스터가 턴-온될 수 있으며, 따라서 낸드 스트링들(NS1-NS4)의 채널층의 전압이 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)에 의해 부스팅될 수 있다. 다만, 선택 메모리 셀(A)이 포함된 제1 낸드 스트링(NS1)의 채널층의 전압은 제1 비트라인(BL1)에 입력되는 접지 전압에 의해, 제3 및 제4 낸드 스트링들(NS3, NS4)의 채널층의 전압보다 작은 레벨로 부스팅될 수 있다. Meanwhile, during the channel initialization time, the first ground selection bias voltage V GB1 may be input to the ground selection line GSL, and the first source bias voltage V CB1 may be input to the common source line CSL. The ground select transistor connected to the ground select line GSL1 may be turned on by the first ground select bias voltage V GB1 , and thus the voltage of the channel layer of the NAND strings NS1 to NS4 may be set to the first source bias voltage. (V CB1 ). However, the voltage of the channel layer of the first NAND string NS1 including the selected memory cell A is changed by the ground voltage input to the first bit line BL1 to the third and fourth NAND strings NS3, NS4) may be boosted to a level smaller than the voltage of the channel layer.

한편, 제1 비트라인(BL1)에 연결되며 비선택 메모리 셀(B)을 포함하는 제2 낸드 스트링(NS2)의 채널층은, 제2 스트링 선택 라인(SSL2)에 입력되는 접지 전압에 의해 제1 비트라인(BL1)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 따라서, 제2 낸드 스트링(NS2)의 채널층의 전압 역시, 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)에 의해 부스팅될 수 있다.Meanwhile, the channel layer of the second NAND string NS2 connected to the first bit line BL1 and including the unselected memory cell B is controlled by the ground voltage input to the second string select line SSL2. 1 may not be electrically connected to the bit line BL1. Accordingly, the voltage of the channel layer of the second NAND string NS2 may also be boosted by the first source bias voltage V CB1 .

도 12에 도시한 바와 같이 프로그램 실행 시간 동안에는, 프로그램 워드라인인 제2 워드라인(WL2)에 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 입력되고, 나머지 워드라인들(WL1, WL3)에는 패스 전압(VPASS)이 입력될 수 있다. 제1 및 제2 낸드 스트링들(NS1, NS2)의 채널층의 전압이, 제3 및 제4 낸드 스트링들(NS3, NS4)의 채널층의 전압보다 작은 레벨로 부스팅되므로, 선택 메모리 셀(A)에서는 제1 프로그램 전압(VPGM1)과 채널층의 전압 차이로 인해 전하가 채널층으로부터 이동하여 전하 저장층에 트랩될 수 있다. 반면, 비선택 메모리 셀들(B, C, D)에서는, 상대적으로 높은 레벨로 부스팅되는 채널층의 전압으로 인해, 전하가 전하 저장층에 트랩되지 않을 수 있다.12, during program execution time, the first program voltage V PGM1 is input to the second word line WL2, which is the program word line, and the pass voltage V PGM1 is applied to the remaining word lines WL1 and WL3. PASS ) can be input. Since the voltages of the channel layers of the first and second NAND strings NS1 and NS2 are boosted to a level lower than the voltages of the channel layers of the third and fourth NAND strings NS3 and NS4, the selected memory cell A ), charges may move from the channel layer and be trapped in the charge storage layer due to a voltage difference between the first program voltage V PGM1 and the channel layer. On the other hand, in the unselected memory cells B, C, and D, charges may not be trapped in the charge storage layer due to the voltage of the channel layer boosted to a relatively high level.

도 13은 프로그램 복구 시간 동안 복수의 낸드 스트링들(NS1-NS4)에 입력되는 바이어스 전압들을 나타낸 도면일 수 있다. 프로그램 복구 시간 동안, 복수의 낸드 스트링들(NS1-NS4)에 입력되는 바이어스 전압들이 방전될 수 있다.13 may be a diagram illustrating bias voltages input to the plurality of NAND strings NS1 to NS4 during the program recovery time. During the program recovery time, bias voltages input to the plurality of NAND strings NS1 to NS4 may be discharged.

도 11 내지 도 13은, 앞서 도 10을 참조하여 설명한 제1 프로그램 시간 동안 복수의 낸드 스트링들(NS1-NS4)에 입력되는 바이어스 전압들을 나타낸 도면일 수 있다. 제1 프로그램 시간 이후의 제2 프로그램 시간 역시 채널 초기화 시간, 프로그램 실행 시간, 및 프로그램 복구 시간을 포함할 수 있다. 다만, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 제2 프로그램 시간의 프로그램 실행 시간 동안, 프로그램 워드라인인 제2 워드라인(WL2)에는 제1 프로그램 전압(VPGM1)보다 높은 레벨을 갖는 제2 프로그램 전압(VPGM2)이 입력될 수 있다.11 to 13 may be diagrams illustrating bias voltages input to the plurality of NAND strings NS1 to NS4 during the first program time described above with reference to FIG. 10 . The second program time after the first program time may also include a channel initialization time, a program execution time, and a program recovery time. However, as described with reference to FIG. 10 , during the program execution time of the second program time, the second program voltage having a higher level than the first program voltage V PGM1 is applied to the second word line WL2 that is the program word line. (V PGM2 ) can be input.

따라서, 비선택 메모리 셀들(B, C, D)이 포함되는 제2 내지 제4 낸드 스트링들(NS2-NS4)의 채널층의 전압이 충분히 부스팅되지 않을 경우, 비선택 메모리 셀들(B, C, D)의 전하 저장층에 전하가 트랩될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기와 같은 문제가 발생하지 않도록, 제2 프로그램 시간 동안, 접지 선택 라인(GSL)에 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)보다 큰 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)을 입력하고, 공통 소스 라인(CSL)에 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)보다 큰 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)을 입력할 수 있다.Accordingly, when the voltages of the channel layers of the second to fourth NAND strings NS2 to NS4 including the unselected memory cells B, C, and D are not sufficiently boosted, the unselected memory cells B, C, and D are not sufficiently boosted. Charges may be trapped in the charge storage layer of D). In an embodiment of the present invention, the second ground selection bias voltage (V) greater than the first ground selection bias voltage (V GB1 ) is applied to the ground selection line (GSL) during the second program time so that the above problem does not occur. GB2 ), and a second source bias voltage (V CB2 ) greater than the first source bias voltage (V CB1 ) may be input to the common source line (CSL).

상기 설명한 바와 같이, 접지 선택 라인(GSL)과 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 바이어스 전압의 레벨을 증가시킴으로써, 제2 내지 제4 낸드 스트링들(NS2-NS4)의 채널층의 전압을, 제1 프로그램 시간에 비해 제2 프로그램 시간에서 더 높은 레벨로 부스팅시킬 수 있다. 따라서, 제2 프로그램 시간 동안 제2 워드라인(WL2)에 제1 프로그램 전압(VPGM1)보다 더 큰 제2 프로그램 전압(VPGM2)이 입력됨에도 불구하고, 비선택 메모리 셀들(B, C, D)의 전하 트랩층에 전하가 트랩되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.As described above, the voltage of the channel layer of the second to fourth NAND strings NS2 to NS4 is controlled by increasing the level of the bias voltage input to the ground selection line GSL and the common source line CSL. Compared to 1 program time, boosting may be performed to a higher level in the second program time. Therefore, even though the second program voltage V PGM2 higher than the first program voltage V PGM1 is input to the second word line WL2 during the second program time, the unselected memory cells B, C, and D ) can effectively prevent charges from being trapped in the charge trap layer.

도 14 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.14 to 19 are diagrams provided to explain the operation of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저 도 14를 참조하면, 도 10을 참조하여 설명한 바와 유사하게, 프로그램 동작 동안 주변 회로 영역은 프로그램 워드라인(PGM WL)에 프로그램 전압을 2회 이상 입력할 수 있다. 일례로, 주변 회로 영역의 로우 디코더는 제1 프로그램 시간 동안 제1 프로그램 전압(VPGM1)을 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력하고, 제2 프로그램 시간 동안 제2 프로그램 전압(VPGM2)을 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력할 수 있다. 도 14에 도시한 일 실시예에서는 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 클 수 있다.Referring first to FIG. 14 , similarly to the description with reference to FIG. 10 , during a program operation, the peripheral circuit area may input a program voltage to the program word line PGM WL two or more times. For example, the row decoder of the peripheral circuit area inputs a first program voltage (V PGM1 ) to the program word line (PGM WL) during a first program time, and programs a second program voltage (V PGM2 ) during a second program time. It can be input to the word line (PGM WL). In the embodiment shown in FIG. 14 , the first program voltage V PGM1 may be greater than the second program voltage V PGM2 .

스트링 선택 라인들(SEL SSL, UNSEL SSL) 각각에 입력되는 바이어스 전압은, 앞서 도 10을 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다. 다만 도 14에 도시한 일 실시예에서는, 제1 프로그램 시간 동안 접지 선택 라인(GSL)에 입력되는 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)의 크기가, 제2 프로그램 시간 동안 접지 선택 라인(GSL)에 입력되는 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)의 크기보다 클 수 있다. A bias voltage input to each of the string select lines SEL SSL and UNSEL SSL may be similar to that described above with reference to FIG. 10 . However, in the embodiment shown in FIG. 14 , the level of the first ground selection bias voltage (V GB1 ) input to the ground selection line (GSL) during the first program time is It may be greater than the magnitude of the second ground selection bias voltage (V GB2 ) input to .

또한, 제1 프로그램 시간 동안 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)의 크기가, 제2 프로그램 시간 동안 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)의 크기보다 클 수 있다. 이는, 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 크기 때문일 수 있다.In addition, the magnitude of the first source bias voltage (V CB1 ) input to the common source line (CSL) during the first program time is equal to the second source bias voltage (V CB1 ) input to the common source line (CSL) during the second program time. CB2 ) may be larger than the size of This may be because the first program voltage V PGM1 is greater than the second program voltage V PGM2 .

다음으로 도 15를 참조하면, 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 작을 수 있다. 프로그램 동작 동안 주변 회로 영역은 프로그램 워드라인(PGM WL)에 프로그램 전압을 2회 이상 입력하며, 제1 프로그램 시간 이후부터는 채널 초기화 동작을 실행하지 않을 수 있다. 도 15에 도시한 일 실시예에서는, 제2 프로그램 시간에 채널 초기화를 실행하지 않으며, 따라서 제2 프로그램 시간 동안 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)은, 접지 전압에 대응하는 레벨을 가질 수 있다.Next, referring to FIG. 15 , the first program voltage V PGM1 may be lower than the second program voltage V PGM2 . During the program operation, the peripheral circuit area may input the program voltage to the program word line PGM WL two or more times, and may not perform the channel initialization operation after the first program time. In the embodiment shown in FIG. 15 , channel initialization is not performed during the second program time, and therefore, the second source bias voltage V CB2 input to the common source line CSL during the second program time is the ground voltage may have a level corresponding to

제2 프로그램 시간 동안 채널 초기화를 실행하지 않는 경우, 이전의 제1 프로그램 시간 동안 소정의 레벨로 부스팅된 채널층으로부터, 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)을 입력받는 공통 소스 라인(CSL)으로 누설 전류가 흐를 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 제2 프로그램 시간 동안 채널층으로부터 공통 소스 라인(CSL)으로 흐르는 누설 전류를 차단하기 위해, 접지 선택 라인(GSL)에 음의 전압을 입력할 수 있다. 도 15를 참조하면, 제2 프로그램 시간이 시작된 후, 접지 선택 라인(GSL)에 음의 전압인 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)을 입력할 수 있다.When channel initialization is not performed during the second program time, leakage from the channel layer boosted to a predetermined level during the previous first program time to the common source line (CSL) receiving the second source bias voltage (V CB2 ) current can flow. In an embodiment of the present invention, a negative voltage may be input to the ground select line GSL in order to block leakage current flowing from the channel layer to the common source line CSL during the second program time. Referring to FIG. 15 , after the second program time starts, the second ground selection bias voltage V GB2 , which is a negative voltage, may be input to the ground selection line GSL.

도 16 및 도 17에 도시한 실시예들에서는, 제1 프로그램 시간의 프로그램 복구 시간 동안, 공통 소스 라인(CSL)의 전압이 방전되지 않을 수 있다. 먼저 도 16을 참조하면, 제1 프로그램 시간의 채널 초기화 시간 이후 방전되는 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1), 및 프로그램 복구 시간 동안 방전되는 제1 프로그램 전압(VPGM1)과 달리, 공통 소스 라인(CSL)의 전압은 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)으로 유지될 수 있다. 16 and 17 , the voltage of the common source line CSL may not be discharged during the program recovery time of the first program time. First, referring to FIG. 16 , unlike the first ground selection bias voltage (V GB1 ) discharged after the channel initialization time of the first program time and the first program voltage (V PGM1 ) discharged during the program recovery time, the common source line The voltage of (CSL) may be maintained at the first source bias voltage (V CB1 ).

제2 프로그램 시간이 시작되고 접지 선택 라인(GSL)에 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)이 입력되면, 접지 선택 라인(GSL)에 연결된 접지 선택 트랜지스터가 턴-온되며 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)이 낸드 스트링들의 채널층으로 입력될 수 있다. 따라서, 채널층의 전압을 부스팅하는 채널 초기화 동작이 실행될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)의 전압이 방전되지 않고 그대로 유지되므로, 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)은 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)과 같은 레벨을 가질 수 있다.When the second program time starts and the second ground selection bias voltage V GB2 is input to the ground selection line GSL, the ground selection transistor connected to the ground selection line GSL is turned on and the second source bias voltage ( V CB2 ) may be input to a channel layer of NAND strings. Accordingly, a channel initialization operation for boosting the voltage of the channel layer may be performed. Since the voltage of the common source line CSL is maintained without being discharged, the second source bias voltage V CB2 may have the same level as the first source bias voltage V CB1 .

한편, 도 17에 도시한 일 실시예에서는, 제1 프로그램 시간의 프로그램 복구 시간 동안 공통 소스 라인(CSL)의 전압이 방전되지 않을 수 있다. 또한, 제2 프로그램 시간의 채널 초기화 시간 동안, 공통 소스 라인(CSL)의 전압이 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)에서 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)으로 증가할 수 있다. 동시에, 채널 초기화 시간 동안 접지 선택 라인(GSL)에 입력되는 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)에 의해 접지 선택 트랜지스터가 턴-온되면서, 채널 전압을 부스팅하는 채널 초기화 동작이 실행될 수 있다. Meanwhile, in the embodiment shown in FIG. 17 , the voltage of the common source line CSL may not be discharged during the program recovery time of the first program time. Also, during the channel initialization time of the second program time, the voltage of the common source line CSL may increase from the first source bias voltage V CB1 to the second source bias voltage V CB2 . At the same time, a channel initialization operation for boosting a channel voltage may be performed while the ground select transistor is turned on by the second ground select bias voltage V GB2 input to the ground select line GSL during the channel initialization time.

제2 프로그램 시간 동안 프로그램 워드라인(PGM WL)에는, 제1 프로그램 전압(VPGM1)보다 큰 제2 프로그램 전압(VPGM2)이 입력될 수 있다. 도 17에 도시한 바와 같이, 제2 프로그램 시간의 채널 초기화 시간 동안 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)보다 큰 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)을 공통 소스 라인(CSL)에 입력함으로써, 비선택 메모리 셀들이 포함된 낸드 스트링들의 채널층 전압을, 제1 프로그램 시간보다 제2 프로그램 시간에서 더 높은 레벨로 부스팅시킬 수 있다. 따라서, 제1 프로그램 전압(VPGM1)보다 큰 제2 프로그램 전압(VPGM2)이 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력됨에도 불구하고, 프로그램 워드라인(PGM WL)과 연결된 비선택 메모리 셀들에서 전하 이동이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.During the second program time, a second program voltage V PGM2 higher than the first program voltage V PGM1 may be input to the program word line PGM WL. As shown in FIG. 17, by inputting a second source bias voltage (V CB2 ) greater than the first source bias voltage (V CB1 ) to the common source line (CSL) during the channel initialization time of the second program time, non-selection Channel layer voltages of NAND strings including memory cells may be boosted to a higher level during the second program time than during the first program time. Accordingly, even though the second program voltage V PGM2 higher than the first program voltage V PGM1 is input to the program word line PGM WL, charges are transferred in unselected memory cells connected to the program word line PGM WL. This occurrence can be minimized.

도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 실시예들에 따른 동작은, 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 작은 경우에도 적용될 수 있다. 일례로, 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 작은 경우, 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 전압을 제1 프로그램 시간의 프로그램 복구 시간 동안, 방전시키지 않고 그대로 유지할 수 있다. 또는, 제1 프로그램 시간 동안 공통 소스 라인(CSL)의 전압을 방전없이 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)으로 유지하고, 제2 프로그램 시간이 시작되면 공통 소스 라인(CSL)의 전압을 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)에서 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)으로 감소시킬 수 있다.Operations according to the embodiments described with reference to FIGS. 16 and 17 may be applied even when the first program voltage V PGM1 is smaller than the second program voltage V PGM2 . For example, when the first program voltage V PGM1 is lower than the second program voltage V PGM2 , the voltage input to the common source line CSL is maintained without being discharged during the program recovery time of the first program time. can Alternatively, during the first program time, the voltage of the common source line (CSL) is maintained at the first source bias voltage (V CB1 ) without discharging, and when the second program time starts, the voltage of the common source line (CSL) is reduced to the first source bias voltage (V CB1 ). The bias voltage V CB1 may be reduced to the second source bias voltage V CB2 .

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 복수의 워드라인들 중에서 상대적으로 기판으로부터 멀리 배치되는 메모리 셀들을 먼저 선택하여 프로그램하고, 상대적으로 기판에 가까이 배치되는 메모리 셀들을 나중에 선택하여 프로그램할 수 있다. 워드라인들의 관점에서, 반도체 장치의 주변 회로 영역은 기판에 수직한 제1 방향에서 높은 위치에 배치되는 워드라인을 프로그램 워드라인으로 먼저 선택하고, 제1 방향에서 낮은 위치에 배치되는 워드라인은 상대적으로 늦게 프로그램 워드라인으로 선택할 수 있다. 일례로, 총 N개의 워드라인들이 기판 상에 적층되는 경우, N번째 워드라인으로부터 첫번째 워드라인을 순서대로 프로그램 워드라인으로서 선택할 수 있다.In the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, among a plurality of word lines, memory cells disposed relatively far from the substrate are first selected and programmed, and memory cells disposed relatively close to the substrate are later selected and programmed. there is. In terms of word lines, the peripheral circuit area of the semiconductor device first selects a word line disposed at a high position in a first direction perpendicular to the substrate as a program word line, and a word line disposed at a low position in the first direction is relatively can be selected as a late program word line. For example, when a total of N word lines are stacked on a substrate, a first word line from an N th word line may be sequentially selected as a program word line.

기판에 가까운 워드라인을 나중에 선택하기 때문에, 기판에 가까운 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택하여 프로그램 동작을 실행하는 시점에서는, 먼저 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작으로 인해, 채널층의 전압이 상대적으로 더 높은 레벨을 가질 수 있다. 따라서, 기판에 가까운 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 프로그램 동작에서는, 채널층으로부터 공통 소스 라인으로의 누설 전류가 상대적으로 증가할 수 있다.Since the word line close to the substrate is selected later, at the time of selecting the word line close to the substrate as the program word line and executing the program operation, the voltage of the channel layer is relatively higher due to the program operation on the memory cells selected first. You can have a high level. Therefore, in a program operation in which a word line close to the substrate is selected as a program word line, leakage current from the channel layer to the common source line may relatively increase.

본 발명의 일 실시예에서는, 프로그램 워드라인의 위치에 따라 접지 선택 라인과 공통 소스 라인 중 적어도 하나에 입력되는 바이어스 전압의 크기를 다르게 설정함으로써, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다. 일례로, 프로그램 워드라인이 기판에 가까울수록, 다시 말해 프로그램 워드라인에 연결된 선택 메모리 셀과 스트링 선택 트랜지스터 사이에 연결된 다른 메모리 셀들의 개수가 많을수록, 로우 디코더는 접지 선택 라인과 공통 소스 라인 중 적어도 하나에 입력되는 바이어스 전압의 크기를 감소시킬 수 있다. 또는, 프로그램 워드라인의 위치가 아닌, 프로그램 워드라인으로 선택된 순서가 늦을수록, 로우 디코더가 접지 선택 라인과 공통 소스 라인 중 적어도 하나에 입력되는 바이어스 전압의 크기를 감소시킬 수 있다. 이하, 도 18 및 도 19를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.In an embodiment of the present invention, the above problem can be solved by differently setting the magnitude of the bias voltage input to at least one of the ground select line and the common source line according to the position of the program word line. In one example, as the program word line is closer to the substrate, that is, as the number of other memory cells connected between the select memory cell connected to the program word line and the string select transistor increases, the row decoder may select at least one of the ground select line and the common source line. The magnitude of the bias voltage input to can be reduced. Alternatively, the row decoder may reduce the magnitude of the bias voltage input to at least one of the ground selection line and the common source line as the order in which the program word lines are selected is later than the location of the program word lines. Hereinafter, it will be described in more detail with reference to FIGS. 18 and 19 .

도 18 및 도 19를 참조하면, 프로그램 동작 동안 주변 회로 영역은 프로그램 워드라인(PGM WL)에 프로그램 전압을 2회 이상 입력할 수 있다. 일례로, 주변 회로 영역의 로우 디코더는 제1 프로그램 시간 동안 제1 프로그램 전압(VPGM1)을 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력하고, 제2 프로그램 시간 동안 제2 프로그램 전압(VPGM2)을 프로그램 워드라인(PGM WL)에 입력할 수 있다. 도 18 및 도 19를 참조하여 설명하는 실시예들에서는, 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 작은 것으로 가정한다. 다만, 제1 프로그램 전압(VPGM1)이 제2 프로그램 전압(VPGM2)보다 클 수도 있다.Referring to FIGS. 18 and 19 , during a program operation, the peripheral circuit area may input a program voltage to the program word line PGM WL two or more times. For example, the row decoder of the peripheral circuit area inputs a first program voltage (V PGM1 ) to the program word line (PGM WL) during a first program time, and programs a second program voltage (V PGM2 ) during a second program time. It can be input to the word line (PGM WL). In the embodiments described with reference to FIGS. 18 and 19 , it is assumed that the first program voltage V PGM1 is smaller than the second program voltage V PGM2 . However, the first program voltage V PGM1 may be greater than the second program voltage V PGM2 .

스트링 선택 라인들(SEL SSL, UNSEL SSL), 접지 선택 라인(GSL), 및 공통 소스 라인(CSL) 각각에 입력되는 바이어스 전압은, 앞서 설명한 바와 유사할 수 있다. 일례로, 제1 프로그램 시간 동안 접지 선택 라인(GSL)에는 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)이 입력되고, 제2 프로그램 시간 동안 접지 선택 라인(GSL)에는 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)보다 큰 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)이 입력될 수 있다. 또한, 제1 프로그램 시간 동안 공통 소스 라인(CSL)에는 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)이 입력되고, 제2 프로그램 시간 동안 공통 소스 라인(CSL)에는 제1 소스바이어스 전압(VCB1)보다 큰 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)이 입력될 수 있다. 이는, 제1 프로그램 전압(VPGM1)보다 큰 제2 프로그램 전압(VPGM2)이 입력되는 제2 프로그램 시간 동안 채널층의 전압을 충분히 부스팅시켜, 비선택 메모리 셀들에서 의도치 않게 전하가 이동하고 데이터가 변경되는 현상을 방지하기 위함일 수 있다.Bias voltages input to each of the string select lines SEL SSL and UNSEL SSL, the ground select line GSL, and the common source line CSL may be similar to those described above. For example, the first ground selection bias voltage V GB1 is input to the ground selection line GSL during the first program time, and the first ground selection bias voltage V GB1 is applied to the ground selection line GSL during the second program time. ) may be input. In addition, a first source bias voltage V CB1 is input to the common source line CSL during the first program time, and a voltage higher than the first source bias voltage V CB1 is applied to the common source line CSL during the second program time. A second source bias voltage (V CB2 ) may be input. This sufficiently boosts the voltage of the channel layer during the second program time when the second program voltage (V PGM2 ) greater than the first program voltage (V PGM1 ) is input, so that charges are unintentionally moved in unselected memory cells and data It may be to prevent a phenomenon in which is changed.

또한 도 18 및 도 19에 도시한 실시예들에서는, 프로그램 워드라인(PGM WL)의 위치에 따라, 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)과 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2), 제1 소스바이어스 전압(VCB1)과 제2 소스 바이어스 전압(VCB2) 각각의 레벨이 다르게 결정될 수 있다.In the embodiments shown in FIGS. 18 and 19 , the first ground selection bias voltage V GB1 and the second ground selection bias voltage V GB2 , the first ground selection bias voltage V GB2 according to the position of the program word line PGM WL, Levels of the source bias voltage V CB1 and the second source bias voltage V CB2 may be determined differently.

먼저 도 18을 참조하면, 복수의 워드라인들 중에서 제1 워드라인이 프로그램 워드라인으로서 선택되는 경우, 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)의 크기는 제1 레벨(V1)로, 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)의 크기는 제2 레벨(V2)로 결정될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제2 레벨(V2)이 제1 레벨(V1)보다 클 수 있다.Referring first to FIG. 18 , when a first word line among a plurality of word lines is selected as a program word line, the magnitude of the first ground selection bias voltage V GB1 is the first level V1 and the second ground The size of the selection bias voltage V GB2 may be determined as the second level V2. As described above, the second level V2 may be greater than the first level V1.

한편, 복수의 워드라인들 중에서 제1 워드라인보다 기판에 가까운 제2 워드라인이 프로그램 워드라인으로서 선택되면, 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)의 크기는 제3 레벨(V3)로, 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)의 크기는 제4 레벨(V4)로 결정될 수 있다. 제4 레벨(V4)은 제3 레벨(V3)보다 클 수 있다. 또한, 제3 레벨(V3)은 제1 레벨(V1)보다 작고, 제4 레벨(V4)은 제2 레벨(V2)보다 작을 수 있다.Meanwhile, when a second word line closer to the substrate than the first word line is selected as the program word line among the plurality of word lines, the level of the first ground selection bias voltage (V GB1 ) is at the third level (V3), The level of the 2 ground selection bias voltage V GB2 may be determined as the fourth level V4. The fourth level V4 may be greater than the third level V3. Also, the third level V3 may be smaller than the first level V1, and the fourth level V4 may be smaller than the second level V2.

또한, 접지 선택 라인(GSL)의 전압뿐만 아니라, 공통 소스 라인(CSL)의 전압 역시 프로그램 워드라인의 위치에 따라 달라질 수 있다. 복수의 워드라인들 중에서 제1 워드라인이 프로그램 워드라인으로서 선택되는 경우, 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)의 크기는 제5 레벨(V5)로, 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)의 크기는 제6 레벨(V6)로 결정될 수 있다. 제6 레벨(V6)은 제5 레벨(V5)보다 클 수 있다.In addition, the voltage of the common source line CSL as well as the voltage of the ground select line GSL may vary depending on the position of the program word line. When a first word line among a plurality of word lines is selected as a program word line, the first source bias voltage (V CB1 ) has a fifth level (V5), and the second source bias voltage (V CB2 ) has a level may be determined as the sixth level (V6). The sixth level V6 may be greater than the fifth level V5.

다음으로, 제1 워드라인보다 기판에 가까운 제2 워드라인이 프로그램 워드라인으로서 선택되면, 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)의 크기는 제7 레벨(V7)로, 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)의 크기는 제8 레벨(V8)로 결정될 수 있다. 제8 레벨(V8)은 제7 레벨(V7)보다 클 수 있다. 또한, 제7 레벨(V7)은 제5 레벨(V5)보다 작고, 제8 레벨(V8)은 제6 레벨(V6)보다 작을 수 있다.Next, when the second word line closer to the substrate than the first word line is selected as the program word line, the magnitude of the first source bias voltage V CB1 is at the seventh level V7 and the second source bias voltage V The size of CB2 ) may be determined as the eighth level (V8). The eighth level V8 may be greater than the seventh level V7. Also, the seventh level V7 may be smaller than the fifth level V5, and the eighth level V8 may be smaller than the sixth level V6.

제2 워드라인은 제1 워드라인보다 기판에 더 가까이 배치되며, 일례로 기판의 상면에 수직한 방향에서 제1 워드라인과 기판 사이에 제2 워드라인이 위치할 수 있다. 또한 제2 워드라인은 제1 워드라인보다 늦게, 프로그램 워드라인으로 선택될 수 있다. 제2 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택하기에 앞서, 제1 워드라인을 포함한 적어도 하나의 다른 워드라인이 프로그램 워드라인으로 미리 선택되기 때문에, 제2 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 프로그램 동작에서는 앞서 실행된 프로그램 동작에 비해 채널층의 전압이 상대적으로 더 높은 레벨까지 부스팅될 수 있다. 채널층의 전압이 더 높은 레벨로 부스팅됨에 따라, 제2 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 경우에는 채널층으로부터 공통 소스 라인(CSL)으로의 누설 전류가 상대적으로 증가할 수 있다.The second word line is disposed closer to the substrate than the first word line, and for example, the second word line may be disposed between the first word line and the substrate in a direction perpendicular to a top surface of the substrate. Also, the second word line may be selected as a program word line later than the first word line. Prior to selecting the second word line as the program word line, since at least one other word line including the first word line is preselected as the program word line, in the program operation in which the second word line is selected as the program word line, The voltage of the channel layer may be boosted to a relatively higher level than the executed program operation. As the voltage of the channel layer is boosted to a higher level, leakage current from the channel layer to the common source line CSL may relatively increase when the second word line is selected as the program word line.

따라서 도 18에 도시한 바와 같이, 프로그램 워드라인이 기판에 가까울수록 접지 선택 라인(GSL)에 입력되는 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)과 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2), 및 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)과 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)의 크기를 감소시켜 누설 전류의 영향을 줄일 수 있다. 실시예에 따라, 접지 선택 라인(GSL)에 입력되는 바이어스 전압, 또는 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 바이어스 전압만을 프로그램 워드라인의 위치에 따라 다르게 설정할 수도 있다.Therefore, as shown in FIG. 18, as the program word line is closer to the substrate, the first ground selection bias voltage V GB1 and the second ground selection bias voltage V GB2 input to the ground selection line GSL, and the common The influence of the leakage current may be reduced by reducing the magnitudes of the first source bias voltage V CB1 and the second source bias voltage V CB2 input to the source line CSL. Depending on embodiments, only the bias voltage input to the ground selection line GSL or the bias voltage input to the common source line CSL may be set differently according to the position of the program word line.

도 19에 도시한 일 실시예에서는, 제1 프로그램 동작 이후의 프로그램 동작, 예를 들어 제2 프로그램 동작에서 공통 소스 라인(CSL)에 접지 전압이 입력되고 접지 선택 라인(GSL)에는 음의 전압이 입력될 수 있다. 따라서, 도 19에 도시한 일 실시예에서는 제2 프로그램 동작에서 채널 초기화 동작이 실행되지 않을 수 있다.19, in a program operation after the first program operation, for example, in the second program operation, a ground voltage is input to the common source line CSL and a negative voltage is applied to the ground select line GSL. can be entered. Accordingly, in the embodiment shown in FIG. 19, the channel initialization operation may not be executed in the second program operation.

도 19를 참조하면, 복수의 워드라인들 중에서 제1 워드라인이 프로그램 워드라인으로서 선택되는 경우, 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)의 크기는 제1 레벨(V1)로, 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)의 크기는 제2 레벨(V2)로 결정될 수 있다. 제2 프로그램 동작에서 채널 초기화 동작이 실행되지 않으므로, 제2 레벨(V2)은 0보다 작은 음의 전압의 레벨일 수 있다.Referring to FIG. 19 , when a first word line among a plurality of word lines is selected as a program word line, the magnitude of the first ground selection bias voltage V GB1 is the first level V1 and the second ground selection The magnitude of the bias voltage V GB2 may be determined as the second level V2. Since the channel initialization operation is not performed in the second program operation, the second level V2 may be a negative voltage level less than zero.

복수의 워드라인들 중에서 제1 워드라인보다 기판에 가까운 제2 워드라인이 제1 워드라인보다 늦게 프로그램 워드라인으로서 선택되면, 제1 접지 선택 바이어스 전압(VGB1)의 크기는 제3 레벨(V3)로, 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)의 크기는 제4 레벨(V4)로 결정될 수 있다. 제3 레벨(V3)은 제1 레벨(V1)보다 작고, 제4 레벨(V4)은 제2 레벨(V2)보다 작을 수 있다. 도 19에 도시한 바와 같이, 제4 레벨(V4)은 음의 전압일 수 있으며, 제4 레벨(V4)의 절대값은 제2 레벨(V2)의 절대값보다 클 수 있다.If the second word line, which is closer to the substrate than the first word line, among the plurality of word lines is selected as the program word line later than the first word line, the magnitude of the first ground selection bias voltage (V GB1 ) increases to the third level (V3). ), the magnitude of the second ground selection bias voltage V GB2 may be determined as the fourth level V4. The third level V3 may be smaller than the first level V1, and the fourth level V4 may be smaller than the second level V2. As shown in FIG. 19 , the fourth level V4 may be a negative voltage, and an absolute value of the fourth level V4 may be greater than an absolute value of the second level V2 .

공통 소스 라인(CSL)의 전압 역시 프로그램 워드라인의 위치에 따라 달라질 수 있다. 제1 워드라인이 프로그램 워드라인으로서 선택되는 경우, 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)의 크기는 제5 레벨(V5)로, 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)의 크기는 접지 전압으로 결정될 수 있다. 다음으로, 제1 워드라인보다 기판에 가까운 제2 워드라인이 프로그램 워드라인으로서 선택되면, 제1 소스 바이어스 전압(VCB1)의 크기는 제5 레벨(V5)보다 작은 제7 레벨(V7)로, 제2 소스 바이어스 전압(VCB2)의 크기는 접지 전압으로 결정될 수 있다.The voltage of the common source line CSL may also vary according to the position of the program word line. When the first word line is selected as the program word line, the magnitude of the first source bias voltage V CB1 may be determined as the fifth level V5 and the magnitude of the second source bias voltage V CB2 may be determined as the ground voltage. there is. Next, when the second word line closer to the substrate than the first word line is selected as the program word line, the magnitude of the first source bias voltage V CB1 is reduced to a seventh level V7 smaller than the fifth level V5. , the magnitude of the second source bias voltage (V CB2 ) may be determined as a ground voltage.

제2 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 시점에서 채널층의 전압은, 제1 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 시점에서 채널층의 전압보다 클 수 있으며, 채널층으로부터 공통 소스 라인(CSL)을 향하는 누설 전류가 증가할 수 있다. 도 19에 도시한 일 실시예에서는, 제2 워드라인을 선택한 경우, 접지 선택 라인(GSL)에 더 큰 절대값을 갖는 음의 전압을 제2 접지 선택 바이어스 전압(VGB2)으로 입력함으로써, 채널 초기화가 실행되지 않는 제2 프로그램 동작에서 누설 전류의 영향을 줄일 수 있다.A voltage of the channel layer when the second word line is selected as the program word line may be greater than a voltage of the channel layer when the first word line is selected as the program word line, and a voltage from the channel layer toward the common source line (CSL) Leakage current may increase. In the embodiment shown in FIG. 19 , when the second word line is selected, a negative voltage having a larger absolute value is input to the ground selection line GSL as the second ground selection bias voltage V GB2 , thereby channel In the second program operation in which initialization is not performed, the influence of leakage current may be reduced.

복수의 워드라인들 중에서 프로그램 워드라인의 위치에 따라 접지 선택 라인(GSL)과 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 전압의 레벨을 다르게 결정하는 실시예는, 공통 소스 라인(CSL)의 전압이 방전되지 않는 실시예에도 적용될 수 있다. 일례로, 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한 실시예들에서 제1 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 경우 접지 선택 라인(GSL)과 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 전압의 크기는, 제1 워드라인보다 기판에 가까운 제2 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 경우 접지 선택 라인(GSL)과 공통 소스 라인(CSL)에 입력되는 전압의 크기보다 클 수 있다.In an embodiment in which the levels of voltages input to the ground selection line (GSL) and the common source line (CSL) are differently determined according to the position of a program word line among a plurality of word lines, the voltage of the common source line (CSL) is discharged. It can also be applied to embodiments that do not. For example, in the embodiments described with reference to FIGS. 16 and 17 , when the first word line is selected as the program word line, the magnitudes of the voltages input to the ground selection line GSL and the common source line CSL are When the second word line closer to the substrate than the word line is selected as the program word line, voltages input to the ground selection line GSL and the common source line CSL may be greater than voltages.

도 20 및 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.20 and 21 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 20을 참조하면, 반도체 장치(400)는 제1 방향(Z축 방향)으로 적층되는 제1 영역(410)과 제2 영역(420)을 포함할 수 있다. 제1 영역(410)은 셀 영역이며, 제2 영역(420)은 주변 회로 영역일 수 있다. 제1 영역(410)은 제1 기판에 형성되는 메모리 셀 어레이들(MCA) 및 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2) 각각에는 제1 영역(410)과 제2 영역(420)을 서로 연결하며 제1 방향(Z축 방향)으로 연장되는 관통 배선들이 배치될 수 있다. Referring to FIG. 20 , the semiconductor device 400 may include a first region 410 and a second region 420 stacked in a first direction (Z-axis direction). The first region 410 may be a cell region, and the second region 420 may be a peripheral circuit region. The first area 410 may include memory cell arrays MCA and first and second through wire areas TB1 and TB2 formed on the first substrate. Through wires connecting the first region 410 and the second region 420 and extending in the first direction (Z-axis direction) may be disposed in each of the first and second through wire regions TB1 and TB2. there is.

메모리 셀 어레이들(MCA) 각각은 복수의 블록들(BLK)을 포함할 수 있다. 복수의 블록들(BLK)은 제2 방향(X축 방향)으로 연장되며, 제3 방향(Y축 방향)을 따라 배열될 수 있다. 복수의 블록들(BLK)은 제2 방향으로 연장되는 복수의 제1 분리 영역들에 의해 구분될 수 있으며, 복수의 블록들(BLK) 각각의 내부에는 복수의 제2 분리 영역들이 배치될 수 있다. Each of the memory cell arrays MCA may include a plurality of blocks BLK. The plurality of blocks BLK may extend in a second direction (X-axis direction) and may be arranged in a third direction (Y-axis direction). The plurality of blocks BLK may be divided by a plurality of first separation regions extending in the second direction, and a plurality of second separation regions may be disposed inside each of the plurality of blocks BLK. .

실시예들에 따라, 복수의 블록들(BLK)은 적어도 하나의 더미 블록과 적어도 하나의 스페어 블록을 포함할 수 있다. 더미 블록에는 반도체 장치(400)에서 데이터를 저장하는 메모리 셀들이 배치되지 않을 수 있다. 스페어 블록은 다른 블록들(BLK)과 마찬가지로 메모리 셀을 포함하며, 다른 블록들(BLK)의 특성이 열화되거나 블록들(BLK)에 대한 열화 보상 동작이 실행될 때 데이터를 저장할 수 있다.According to example embodiments, the plurality of blocks BLK may include at least one dummy block and at least one spare block. Memory cells that store data in the semiconductor device 400 may not be disposed in the dummy block. The spare block includes a memory cell like the other blocks BLK, and may store data when characteristics of the other blocks BLK deteriorate or a deterioration compensation operation for the blocks BLK is executed.

제2 영역(420)은 제2 기판에 형성되는 로우 디코더(DEC), 페이지 버퍼(PB), 및 주변 회로(PC)를 포함할 수 있다. 일례로 주변 회로(PC)는 전압 생성기, 소스 드라이버, 입출력 회로 등을 포함할 수 있다. 로우 디코더(DEC)와 페이지 버퍼(PB)는, 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)을 통해 제1 영역(410)과 연결될 수 있다. The second region 420 may include a row decoder (DEC), a page buffer (PB), and a peripheral circuit (PC) formed on the second substrate. For example, the peripheral circuit PC may include a voltage generator, a source driver, an input/output circuit, and the like. The row decoder DEC and the page buffer PB may be connected to the first region 410 through the first and second through wire regions TB1 and TB2 .

로우 디코더(DEC)는 워드라인들, 스트링 선택 라인들, 접지 선택 라인들, 및 공통 소스 라인을 통해 메모리 셀 어레이(MCA)와 연결될 수 있다. 페이지 버퍼(PB)는 비트라인들을 통해 메모리 셀 어레이(MCA)와 연결될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 프로그램 동작에서, 로우 디코더(DEC)는 워드라인들 중에서 프로그램 워드라인을 선택하여 프로그램 전압을 입력할 수 있다. 또한 로우 디코더(DEC)는, 프로그램 전압의 크기에 따라 접지 선택 라인들과 공통 소스 라인에 입력하는 전압의 크기를 다르게 결정할 수 있다. The row decoder DEC may be connected to the memory cell array MCA through word lines, string select lines, ground select lines, and a common source line. The page buffer PB may be connected to the memory cell array MCA through bit lines. As described above, in the program operation, the row decoder DEC may select a program word line from among word lines and input a program voltage thereto. Also, the row decoder DEC may differently determine the magnitude of the voltage input to the ground selection lines and the common source line according to the magnitude of the program voltage.

또한 로우 디코더(DEC)는 프로그램 워드라인으로 선택한 워드라인의 위치, 또는 해당 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 순서에 따라, 접지 선택 라인들과 공통 소스 라인에 입력하는 전압의 크기를 다르게 결정할 수 있다. 일례로, 로우 디코더(DEC)는, 한 블록 내에서 프로그램 워드라인으로 더 늦게 선택되는 워드라인에 프로그램 전압을 입력할 때, 접지 선택 라인들과 공통 소스 라인에 상대적으로 작은 크기의 전압을 입력할 수 있다.In addition, the row decoder DEC may determine the magnitude of the voltage input to the ground selection lines and the common source line differently according to the position of the word line selected as the program word line or the order in which the corresponding word line is selected as the program word line. . For example, when the row decoder (DEC) inputs a program voltage to a word line selected later as a program word line within a block, it may input a relatively small voltage to the ground select lines and the common source line. can

도 21은 도 20에 도시한 일 실시예와 같은 구조를 갖는 반도체 장치(500)의 일부 영역을 나타낸 단면도일 수 있다. 도 21을 참조하면, 셀 영역(CELL)에는 제1 방향(Z축 방향)에서 교대로 적층되는 복수의 게이트 전극층들(510)과 복수의 절연층들(520), 및 제1 방향으로 연장되어 복수의 게이트 전극층들(510)을 관통하는 복수의 채널 구조체들(CH) 등이 배치될 수 있다. 복수의 게이트 전극층들(510)과 복수의 채널 구조체들(CH) 위에는 제1 층간 절연층(550)이 배치될 수 있다. FIG. 21 may be a cross-sectional view illustrating a partial region of the semiconductor device 500 having the same structure as the exemplary embodiment illustrated in FIG. 20 . Referring to FIG. 21 , in the cell region CELL, a plurality of gate electrode layers 510 and a plurality of insulating layers 520 are alternately stacked in a first direction (Z-axis direction) and extend in the first direction. A plurality of channel structures CH passing through the plurality of gate electrode layers 510 may be disposed. A first interlayer insulating layer 550 may be disposed on the plurality of gate electrode layers 510 and the plurality of channel structures CH.

복수의 채널 구조체들(CH)은 셀 영역(CELL)의 제1 기판(501)의 일부를 리세스하는 깊이까지 연장될 수 있다. 복수의 게이트 전극층들(510)은 금속, 금속 실리사이드 등의 도전성 물질로 형성되며, 복수의 채널 구조체들(CH) 각각은 게이트 유전층(531), 채널층(532), 매립 절연층(533) 및 드레인 영역(534) 등을 포함할 수 있다. 복수의 채널 구조체들(CH) 각각의 드레인 영역(534)은 제1 층간 절연층(550) 내부의 채널 컨택(535)을 통해 비트라인들(BL)과 연결될 수 있다. The plurality of channel structures CH may extend to a depth where a portion of the first substrate 501 of the cell region CELL is recessed. The plurality of gate electrode layers 510 are formed of a conductive material such as metal or metal silicide, and each of the plurality of channel structures CH includes a gate dielectric layer 531, a channel layer 532, a buried insulating layer 533, and the like. A drain region 534 and the like may be included. The drain region 534 of each of the plurality of channel structures CH may be connected to the bit lines BL through the channel contact 535 inside the first interlayer insulating layer 550 .

셀 영역(CELL)은 복수의 블록들(BLK)을 포함하며, 복수의 블록들(BLK)은 제2 방향(X축 방향)으로 연장되는 복수의 제1 분리 영역들(DA1)에 의해 구분되고 제3 방향(Y축 방향)으로 배열될 수 있다. 복수의 제1 분리 영역들(DA1) 각각은 제2 방향을 따라 연장되어 셀 영역(CELL)을 가로지를 수 있으며, 절연성 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 복수의 제1 분리 영역들(DA1) 각각은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다.The cell area CELL includes a plurality of blocks BLK, and the plurality of blocks BLK are divided by a plurality of first separation regions DA1 extending in the second direction (X-axis direction), They may be arranged in a third direction (Y-axis direction). Each of the plurality of first separation regions DA1 may extend along the second direction to cross the cell region CELL and may be formed of an insulating material. For example, each of the plurality of first separation regions DA1 may be formed of silicon oxide, silicon nitride, or the like.

복수의 블록들(BLK) 각각의 내부에는 복수의 제2 분리 영역들(DA2) 및 상부 분리층(SC)이 배치될 수 있다. 복수의 제2 분리 영역들(DA2) 및 상부 분리층(SC)은 복수의 제1 분리 영역들(DA1)과 마찬가지로 제2 방향으로 연장될 수 있다. 상부 분리층(SC)은 복수의 제1 분리 영역들(DA1) 및 복수의 제2 분리 영역들(DA2)과 달리, 제1 방향으로 상부에 배치되어 스트링 선택 라인들을 제공하는 일부의 게이트 전극층들(510)만을 복수의 영역들로 분할할 수 있다. 따라서, 도 21에 도시한 일 실시예에서, 한 블록에 포함되는 스트링 선택 라인들의 개수가 접지 선택 라인들의 개수보다 많을 수 있다.A plurality of second separation regions DA2 and an upper separation layer SC may be disposed inside each of the plurality of blocks BLK. The plurality of second separation regions DA2 and the upper separation layer SC may extend in the second direction like the plurality of first separation regions DA1. Unlike the plurality of first isolation regions DA1 and the plurality of second isolation regions DA2, the upper separation layer SC includes some gate electrode layers disposed on the upper portion in the first direction to provide string select lines. Only 510 can be divided into a plurality of regions. Accordingly, in the embodiment shown in FIG. 21 , the number of string selection lines included in one block may be greater than the number of ground selection lines.

주변 회로 영역(PERI)에는 복수의 소자들(570), 복수의 소자들(570)에 연결되는 복수의 소자 컨택들(561) 및 복수의 배선 패턴들(563)이 형성될 수 있다. 복수의 소자들(570)은 제2 기판(560)에 형성되며, 복수의 소자들(570)과 복수의 소자 컨택들(561) 및 복수의 배선 패턴들(563)은 제2 층간 절연층(565)에 의해 커버될 수 있다. 제2 층간 절연층(565)의 상면 위에, 셀 영역(CELL)의 제1 기판(501)이 배치될 수 있다. 복수의 소자들(570) 각각은 소스/드레인 영역(571)과 게이트 구조체(575)를 포함하며, 게이트 구조체(575)는 게이트 스페이서(572)와 게이트 절연층(573) 및 게이트 도전층(574) 등을 포함할 수 있다. A plurality of elements 570 , a plurality of element contacts 561 connected to the plurality of elements 570 , and a plurality of wiring patterns 563 may be formed in the peripheral circuit area PERI. The plurality of devices 570 are formed on the second substrate 560, and the plurality of devices 570, the plurality of device contacts 561, and the plurality of wiring patterns 563 are formed on the second interlayer insulating layer ( 565) can be covered. The first substrate 501 of the cell region CELL may be disposed on the upper surface of the second interlayer insulating layer 565 . Each of the plurality of devices 570 includes a source/drain region 571 and a gate structure 575, and the gate structure 575 includes a gate spacer 572, a gate insulating layer 573, and a gate conductive layer 574. ) and the like.

도 22 및 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면들이다.22 and 23 are diagrams schematically illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 22를 참조하면, 반도체 장치(600)는 제1 방향(Z축 방향)으로 적층되는 제1 영역(610) 및 제2 영역(620)을 포함할 수 있다. 제1 영역(610)은 셀 영역이고, 제2 영역(620)은 주변 회로 영역일 수 있다. 제1 영역(610)과 제2 영역(620) 각각의 구성은 앞서 도 20을 참조하여 설명한 바와 유사할 수 있다. Referring to FIG. 22 , the semiconductor device 600 may include a first region 610 and a second region 620 stacked in a first direction (Z-axis direction). The first region 610 may be a cell region, and the second region 620 may be a peripheral circuit region. A configuration of each of the first region 610 and the second region 620 may be similar to that described above with reference to FIG. 20 .

다만 앞서 도 20을 참조하여 설명한 일 실시예와 달리, 도 22에 도시한 일 실시예에서는 주변 회로 영역을 포함하는 제2 영역(620)이 뒤집어진 상태로 제1 영역(610)과 결합될 수 있다. 따라서, 제1 영역(610)에 포함되며 로우 디코더(DEC), 페이지 버퍼(PB), 및 주변 회로(PC)를 제공하는 소자들과, 제2 영역(620)에 포함되는 게이트 전극층들, 채널 구조체들, 및 비트라인들 등이 제1 방향에서 제1 영역(610)의 제1 기판과 제2 영역(620)의 제2 기판 사이에 배치될 수 있다. However, unlike the embodiment described above with reference to FIG. 20 , in the embodiment shown in FIG. 22 , the second region 620 including the peripheral circuit region may be combined with the first region 610 in an inverted state. there is. Accordingly, the elements included in the first region 610 and providing the row decoder DEC, the page buffer PB, and the peripheral circuit PC, and the gate electrode layers and the channel included in the second region 620 Structures, bit lines, and the like may be disposed between a first substrate in the first region 610 and a second substrate in the second region 620 in a first direction.

로우 디코더(DEC)는 워드라인들, 스트링 선택 라인들, 접지 선택 라인들, 및 공통 소스 라인을 통해 메모리 셀 어레이(MCA)와 연결되며, 페이지 버퍼(PB)는 비트라인들을 통해 메모리 셀 어레이(MCA)와 연결될 수 있다. 프로그램 동작에서, 로우 디코더(DEC)는 워드라인들 중에서 프로그램 워드라인을 선택하여 프로그램 전압을 입력할 수 있다. 또한 로우 디코더(DEC)는, 프로그램 전압의 크기, 프로그램 워드라인으로 선택한 워드라인의 위치, 및 해당 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 순서 등에 따라, 접지 선택 라인들과 공통 소스 라인에 입력하는 전압의 크기를 다르게 결정할 수 있다. The row decoder (DEC) is connected to the memory cell array (MCA) through word lines, string select lines, ground select lines, and a common source line, and the page buffer (PB) is connected to the memory cell array (MCA) through bit lines. MCA) can be connected. In the program operation, the row decoder DEC may select a program word line from among word lines and input a program voltage thereto. In addition, the row decoder DEC determines the voltage input to the ground selection lines and the common source line according to the size of the program voltage, the position of the word line selected as the program word line, and the order in which the corresponding word line is selected as the program word line. Size can be determined differently.

일례로, 로우 디코더(DEC)는 프로그램 전압의 클수록 접지 선택 라인들과 공통 소스 라인에 입력하는 전압의 크기를 증가시킬 수 있다. 또는, 프로그램 워드라인으로 늦게 선택한 워드라인일수록, 접지 선택 라인들과 공통 소스 라인에 입력하는 전압의 크기를 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상부 워드라인을 먼저 프로그램 워드라인으로 선택하고 하부 워드라인을 나중에 프로그램 워드라인으로 선택하는 경우, 하부 워드라인을 프로그램 워드라인으로 선택한 경우에 접지 선택 라인들과 공통 소스 라인에 입력하는 전압의 크기를 감소시켜 채널층으로부터 공통 소스라인으로 흐르는 누설 전류의 영향을 줄일 수 있다.For example, the row decoder DEC may increase a voltage input to the ground selection lines and the common source line as the program voltage increases. Alternatively, as the word line is selected later as the program word line, the magnitude of the voltage input to the ground selection lines and the common source line may be reduced. In one embodiment, when the upper word line is first selected as the program word line and the lower word line is later selected as the program word line, when the lower word line is selected as the program word line, the ground select lines and the common source line are input. The influence of the leakage current flowing from the channel layer to the common source line may be reduced by reducing the magnitude of the voltage.

다음으로 도 23을 참조하면, 반도체 장치(700)는 제1 방향(Z축 방향)에서 적층되는 셀 영역(CELL)과 주변 회로 영역(PERI)을 포함할 수 있다. 앞서 도 22를 참조하여 설명한 바와 같이, 주변 회로 영역(PERI)은 뒤집어진 상태로 셀 영역(CELL)과 적층될 수 있다. 따라서, 셀 영역(CELL)의 제1 기판(701)과 주변 회로 영역(PERI)의 제2 기판(760) 사이에, 주변 회로 영역(PERI)의 소자들(770), 셀 영역(CELL)의 게이트 전극층들(710)과 채널 구조체들(CH) 등이 배치될 수 있다.Next, referring to FIG. 23 , the semiconductor device 700 may include a cell region CELL and a peripheral circuit region PERI stacked in a first direction (Z-axis direction). As described above with reference to FIG. 22 , the peripheral circuit area PERI may be stacked with the cell area CELL in an inverted state. Therefore, between the first substrate 701 of the cell area CELL and the second substrate 760 of the peripheral circuit area PERI, the elements 770 of the peripheral circuit area PERI and the Gate electrode layers 710 and channel structures CH may be disposed.

일례로, 반도체 장치(700)는 C2C(chip to chip) 구조를 가질 수 있다. C2C 구조는 제1 웨이퍼 상에 셀 영역(CELL)을 포함하는 제1 칩을 제작하고, 제1 웨이퍼와 다른 제2 웨이퍼 상에 주변 회로 영역(PERI)을 포함하는 제2 칩을 제작한 후, 제1 칩과 제2 칩을 본딩(bonidng) 방식에 의해 서로 연결한 구조를 의미할 수 있다. 일례로, 본딩 방식은 제1 칩의 최상부 배선 패턴층에 형성된 본딩 패드와 제2 칩의 최상부 배선 패턴층에 형성된 본딩 패드를 서로 물리적, 전기적으로 연결하는 방식을 의미할 수 있다. 예컨대, 본딩 패드가 구리(Cu)로 형성된 경우, 상기 본딩 방식은 Cu-Cu 본딩 방식일 수 있으며, 본딩 패드는 알루미늄 또는 텅스텐으로도 형성될 수 있다.For example, the semiconductor device 700 may have a chip to chip (C2C) structure. In the C2C structure, after fabricating a first chip including a cell region (CELL) on a first wafer and fabricating a second chip including a peripheral circuit region (PERI) on a second wafer different from the first wafer, It may refer to a structure in which the first chip and the second chip are connected to each other by a bonding method. For example, the bonding method may refer to a method of physically and electrically connecting a bonding pad formed on the uppermost wiring pattern layer of the first chip and a bonding pad formed on the uppermost wiring pattern layer of the second chip. For example, when the bonding pad is formed of copper (Cu), the bonding method may be a Cu-Cu bonding method, and the bonding pad may also be formed of aluminum or tungsten.

셀 영역(CELL)은 제1 기판(701)의 상면에 수직하는 제1 방향에서 교대로 적층되는 복수의 게이트 전극층들(710)과 복수의 절연층들(720), 복수의 게이트 전극층들(710)과 복수의 절연층들(720)을 관통하는 복수의 채널 구조체들(CH) 등을 포함할 수 있다. 복수의 채널 구조체들(CH) 각각은 게이트 유전층(731), 채널층(732), 매립 절연층(733) 및 드레인 영역(734) 등을 포함하며, 드레인 영역(734)은 채널 컨택(735)을 통해 비트라인들(BL)과 연결될 수 있다. 비트라인들(BL)은 제1 층간 절연층(750)에 형성되는 제1 본딩 패드(757)를 통해 주변 회로 영역(PERI)의 소자들(770) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있으며, 일례로 비트라인들(BL)에 연결되는 소자(770)는 페이지 버퍼를 제공하는 소자들 중 하나일 수 있다.The cell region CELL includes a plurality of gate electrode layers 710 , a plurality of insulating layers 720 , and a plurality of gate electrode layers 710 that are alternately stacked in a first direction perpendicular to the upper surface of the first substrate 701 . ) and a plurality of channel structures CH passing through the plurality of insulating layers 720 . Each of the plurality of channel structures CH includes a gate dielectric layer 731, a channel layer 732, a buried insulating layer 733, a drain region 734, and the like, and the drain region 734 is a channel contact 735 It may be connected to the bit lines BL through. The bit lines BL may be electrically connected to at least one of the elements 770 of the peripheral circuit area PERI through a first bonding pad 757 formed on the first interlayer insulating layer 750. The device 770 connected to the raw bit lines BL may be one of devices providing a page buffer.

주변 회로 영역(PERI)은 제2 기판(760)에 형성되는 복수의 소자들(770) 및 복수의 소자들(770)과 연결되는 복수의 배선 패턴들(763)을 포함할 수 있다. 복수의 배선 패턴들(763)은 소자 컨택(761)을 통해 복수의 소자들(770)과 연결될 수 있으며, 복수의 소자들(770) 및 복수의 배선 패턴들(763)은 제2 층간 절연층(765) 내부에 배치될 수 있다. 복수의 배선 패턴들(763)은 제2 층간 절연층(765)에 형성되는 제2 본딩 패드(767)을 통해, 셀 영역(CELL)의 제1 본딩 패드(757)와 물리적, 전기적으로 연결될 수 있다.The peripheral circuit area PERI may include a plurality of devices 770 formed on the second substrate 760 and a plurality of wiring patterns 763 connected to the plurality of devices 770 . The plurality of wiring patterns 763 may be connected to the plurality of elements 770 through the element contact 761, and the plurality of elements 770 and the plurality of wiring patterns 763 may be connected to the second interlayer insulating layer. (765) can be placed inside. The plurality of wiring patterns 763 may be physically and electrically connected to the first bonding pad 757 of the cell region CELL through the second bonding pad 767 formed on the second interlayer insulating layer 765. there is.

주변 회로 영역(PERI)과 셀 영역(CELL)을 효율적으로 연결하기 위해, 주변 회로 영역(PERI)에 포함되는 회로들의 배치는, 셀 영역(CELL)의 구조에 따라 결정될 수 있다. 일례로 복수의 소자들(770) 중에서 페이지 버퍼를 제공하는 소자들은, 복수의 채널 구조체들(CH)의 위에 위치할 수 있도록 주변 회로 영역(PERI) 내에 배치될 수 있다. 또한, 주변 회로 영역(PERI)의 복수의 소자들(770) 중에서 로우 디코더를 제공하는 소자들은, 복수의 게이트 전극층들(710)에 연결되는 셀 컨택들 위에 위치할 수 있도록 주변 회로 영역(PERI) 내에 배치될 수 있다.In order to efficiently connect the peripheral circuit area PERI and the cell area CELL, arrangements of circuits included in the peripheral circuit area PERI may be determined according to the structure of the cell area CELL. For example, among the plurality of elements 770 , elements providing a page buffer may be disposed in the peripheral circuit area PERI so as to be positioned above the plurality of channel structures CH. In addition, among the plurality of devices 770 of the peripheral circuit area PERI, devices providing a row decoder may be located on cell contacts connected to the plurality of gate electrode layers 710 . can be placed within.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Therefore, various forms of substitution, modification, and change will be possible by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention described in the claims, which also falls within the scope of the present invention. something to do.

30, 40, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: 반도체 장치
SSL: 스트링 선택 라인
WL: 워드라인
PGM WL: 프로그램 워드라인
GSL: 접지 선택 라인
CSL: 공통 소스 라인
30, 40, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: semiconductor device
SSL: string select line
WL: word line
PGM WL: Program word line
GSL: Ground select line
CSL: Common Source Line

Claims (20)

기판 상에 적층되는 복수의 워드라인들, 상기 복수의 워드라인들과 상기 기판 사이에 배치되는 적어도 하나의 접지 선택 라인, 및 상기 기판에 수직하는 제1 방향으로 연장되어 상기 복수의 워드라인들과 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인을 관통하는 복수의 채널 구조체들을 포함하는 셀 영역; 및
상기 셀 영역을 제어하는 주변 회로들을 포함하며, 상기 복수의 워드라인들 중 적어도 일부에 상기 제1 방향에서 상기 기판에 가까워지는 순서에 따라 프로그램 전압을 입력하는 주변 회로 영역; 을 포함하며,
상기 주변 회로 영역은, 상기 복수의 워드라인들 중에서 선택한 프로그램 워드라인에 제1 프로그램 전압을 입력하는 제1 프로그램 시간 동안 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 접지 선택 바이어스 전압을 입력하고,
상기 프로그램 워드라인에 상기 제1 프로그램 전압과 다른 크기의 제2 프로그램 전압을 입력하는 제2 프로그램 시간 동안 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 접지 선택 바이어스 전압과 다른 크기의 제2 접지 선택 바이어스 전압을 입력하는, 반도체 장치.
A plurality of word lines stacked on a substrate, at least one ground selection line disposed between the plurality of word lines and the substrate, and extending in a first direction perpendicular to the substrate to the plurality of word lines and a cell region including a plurality of channel structures penetrating the at least one ground selection line; and
a peripheral circuit area including peripheral circuits for controlling the cell area and inputting program voltages to at least some of the plurality of word lines in order of approaching the substrate in the first direction; Including,
The peripheral circuit region inputs a first ground selection bias voltage to the at least one ground selection line during a first program time during which a first program voltage is input to a program word line selected from among the plurality of word lines;
A second ground select bias voltage having a different level from the first ground select bias voltage on the at least one ground select line during a second program time during which a second program voltage having a different level than the first program voltage is input to the program word line. , the semiconductor device.
제1항에 있어서,
상기 제1 프로그램 전압의 크기는 상기 제2 프로그램 전압의 크기보다 작고, 상기 제1 접지 선택 바이어스 전압의 크기는 상기 제2 접지 선택 바이어스 전압의 크기보다 작은, 반도체 장치.
According to claim 1,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the magnitude of the first program voltage is smaller than that of the second program voltage, and the magnitude of the first ground selection bias voltage is smaller than that of the second ground selection bias voltage.
제1항에 있어서,
상기 제1 프로그램 전압의 크기는 상기 제2 프로그램 전압의 크기보다 크고, 상기 제1 접지 선택 바이어스 전압의 크기는 상기 제2 접지 선택 바이어스 전압의 크기보다 큰, 반도체 장치.
According to claim 1,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the magnitude of the first program voltage is greater than that of the second program voltage, and the magnitude of the first ground selection bias voltage is greater than that of the second ground selection bias voltage.
제1항에 있어서,
상기 주변 회로 영역은, 상기 복수의 워드라인들 중 제1 워드라인을 상기 프로그램 워드라인으로 선택하면, 상기 제1 프로그램 시간 동안 상기 제1 접지 선택 바이어스 전압의 크기를 제1 레벨로 결정하고, 상기 제2 프로그램 시간 동안 상기 제2 접지 선택 바이어스 전압의 크기를 제2 레벨로 결정하는, 반도체 장치.
According to claim 1,
When a first word line among the plurality of word lines is selected as the program word line, the peripheral circuit area determines the magnitude of the first ground selection bias voltage as a first level during the first program time; The semiconductor device of claim 1 , wherein a magnitude of the second ground selection bias voltage is determined to be a second level during a second program time.
제4항에 있어서,
상기 주변 회로 영역은, 상기 복수의 워드라인들 중 상기 제1 방향에서 상기 제1 워드라인보다 상기 기판에 가까운 제2 워드라인을 상기 프로그램 워드라인으로 선택하면, 상기 제1 프로그램 시간 동안 상기 제1 접지 선택 바이어스 전압의 크기를 상기 제1 레벨보다 작은 제3 레벨로 결정하고, 상기 제2 프로그램 시간 동안 상기 제2 접지 선택 바이어스 전압의 크기를 상기 제2 레벨보다 작은 제4 레벨로 결정하는, 반도체 장치.
According to claim 4,
In the peripheral circuit area, when a second word line closer to the substrate than the first word line in the first direction is selected as the program word line among the plurality of word lines, the first word line during the first program time. determining the level of the ground selection bias voltage as a third level less than the first level, and determining the level of the second ground selection bias voltage as a fourth level less than the second level during the second program time. Device.
제1항에 있어서,
상기 셀 영역은, 상기 기판에 형성되며 상기 복수의 채널 구조체들과 전기적으로 연결되는 소스 영역을 더 포함하며,
상기 주변 회로 영역은 상기 제1 프로그램 시간 동안 상기 소스 영역에 제1 소스 바이어스 전압을 입력하고, 상기 제2 프로그램 시간 동안 상기 소스 영역에 상기 제1 소스 바이어스 전압과 다른 크기의 제2 소스 바이어스 전압을 입력하는, 반도체 장치.
According to claim 1,
The cell region further includes a source region formed on the substrate and electrically connected to the plurality of channel structures,
The peripheral circuit region inputs a first source bias voltage to the source region during the first program time, and applies a second source bias voltage having a different magnitude from the first source bias voltage to the source region during the second program time. Input, semiconductor device.
제6항에 있어서,
상기 제1 프로그램 전압의 크기가 상기 제2 프로그램 전압의 크기보다 작으면, 상기 제1 소스 바이어스 전압의 크기는 상기 제2 소스 바이어스 전압의 크기보다 작고,
상기 제1 프로그램 전압의 크기가 상기 제2 프로그램 전압의 크기보다 크면, 상기 제1 소스 바이어스 전압의 크기는 상기 제2 소스 바이어스 전압의 크기보다 큰, 반도체 장치.
According to claim 6,
When the magnitude of the first program voltage is smaller than the magnitude of the second program voltage, the magnitude of the first source bias voltage is smaller than the magnitude of the second source bias voltage;
and when the first program voltage is greater than the second program voltage, the first source bias voltage is greater than the second source bias voltage.
제6항에 있어서,
상기 제2 소스 바이어스 전압은 접지 전압인, 반도체 장치.
According to claim 6,
The second source bias voltage is a ground voltage.
제8항에 있어서,
상기 제2 접지 선택 바이어스 전압은 음의 전압인, 반도체 장치.
According to claim 8,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the second ground selection bias voltage is a negative voltage.
제6항에 있어서,
상기 제1 프로그램 시간 동안, 상기 제1 접지 선택 바이어스 전압이 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 입력되는 시간은, 상기 제1 소스 바이어스 전압이 상기 소스 영역에 입력되는 시간보다 짧고,
상기 제2 프로그램 시간 동안, 상기 제2 접지 선택 바이어스 전압이 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 입력되는 시간은, 상기 제2 소스 바이어스 전압이 상기 소스 영역에 입력되는 시간보다 짧은, 반도체 장치.
According to claim 6,
During the first program time, a time for which the first ground select bias voltage is input to the at least one ground select line is shorter than a time for which the first source bias voltage is input to the source region;
A time period during which the second ground selection bias voltage is input to the at least one ground selection line is shorter than a time period during which the second source bias voltage is input to the source region during the second program time.
제6항에 있어서,
상기 제1 프로그램 시간과 상기 제2 프로그램 시간 각각은 채널 초기화 시간, 프로그램 실행 시간, 및 프로그램 복구 시간을 포함하며,
상기 제1 접지 선택 바이어스 전압과 상기 제2 접지 선택 바이어스 전압은 상기 프로그램 실행 시간 동안 방전되는, 반도체 장치.
According to claim 6,
Each of the first program time and the second program time includes a channel initialization time, a program execution time, and a program recovery time,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the first ground selection bias voltage and the second ground selection bias voltage are discharged during the program execution time.
제11항에 있어서,
상기 제1 소스 바이어스 전압과 상기 제2 소스 바이어스 전압은 상기 프로그램 복구 시간 동안 방전되는, 반도체 장치.
According to claim 11,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the first source bias voltage and the second source bias voltage are discharged during the program recovery time.
제6항에 있어서,
상기 주변 회로 영역은, 상기 복수의 워드라인들 중 제1 워드라인을 상기 프로그램 워드라인으로 선택하면, 상기 제1 프로그램 시간 동안 상기 제1 소스 바이어스 전압의 크기를 제5 레벨로 결정하고, 상기 제2 프로그램 시간 동안 상기 제1 접지 선택 바이어스 전압의 크기를 상기 제5 레벨과 다른 제6 레벨로 결정하는, 반도체 장치.
According to claim 6,
When a first word line among the plurality of word lines is selected as the program word line, the peripheral circuit area determines the magnitude of the first source bias voltage as a fifth level during the first program time, and The semiconductor device of claim 1 , wherein the magnitude of the first ground selection bias voltage is determined to be a sixth level different from the fifth level during two program times.
제13항에 있어서,
상기 주변 회로 영역은, 상기 복수의 워드라인들 중 상기 제1 방향에서 상기 제1 워드라인보다 상기 기판에 가까운 제2 워드라인을 상기 프로그램 워드라인으로 선택하면, 상기 제1 프로그램 시간 동안 상기 제1 소스 바이어스 전압의 크기를 상기 제5 레벨보다 작은 제7 레벨로 결정하고, 상기 제2 프로그램 시간 동안 상기 제2 접지 선택 바이어스 전압의 크기를 상기 제6 레벨보다 작은 제8 레벨로 결정하는, 반도체 장치.
According to claim 13,
In the peripheral circuit area, when a second word line closer to the substrate than the first word line in the first direction is selected as the program word line among the plurality of word lines, the first word line during the first program time. determining a level of the source bias voltage as a seventh level less than the fifth level, and determining a level of the second ground selection bias voltage as an eighth level less than the sixth level during the second program time. .
기판 상에 적층되는 복수의 워드라인들, 상기 복수의 워드라인들과 상기 기판 사이에 배치되는 적어도 하나의 접지 선택 라인, 상기 기판에 수직하는 제1 방향으로 연장되어 상기 복수의 워드라인들과 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인을 관통하는 복수의 채널 구조체들, 및 상기 기판에 형성되며 상기 복수의 채널 구조체들과 전기적으로 연결되는 소스 영역을 포함하는 셀 영역; 및
상기 셀 영역을 제어하는 주변 회로들을 포함하는 주변 회로 영역; 을 포함하며,
상기 주변 회로 영역은, 상기 제1 방향에서 제1 높이에 위치하는 제1 프로그램 워드라인에 대한 제1 프로그램 동작에서, 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 레벨의 전압, 및 상기 제1 레벨과 다른 제2 레벨의 전압을 순차적으로 입력하고,
상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 위치하는 제2 프로그램 워드라인에 대한 제2 프로그램 동작에서, 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 제1 레벨보다 작은 제3 레벨의 전압, 및 상기 제2 레벨보다 작은 제4 레벨의 전압을 순차적으로 입력하는, 반도체 장치.
A plurality of word lines stacked on a substrate, at least one ground selection line disposed between the plurality of word lines and the substrate, extending in a first direction perpendicular to the substrate and extending between the plurality of word lines and the substrate. a cell region including a plurality of channel structures penetrating at least one ground selection line, and a source region formed on the substrate and electrically connected to the plurality of channel structures; and
a peripheral circuit area including peripheral circuits controlling the cell area; Including,
The peripheral circuit area may include a voltage of a first level and a voltage of the first level on the at least one ground select line during a first program operation on a first program word line located at a first height in the first direction. Sequentially inputting voltages of different second levels,
In a second program operation on a second program word line positioned at a second height lower than the first height, a voltage of a third level lower than the first level and a voltage higher than the second level are applied to the at least one ground select line. A semiconductor device in which voltages of a small fourth level are sequentially input.
제15항에 있어서,
상기 제2 레벨과 상기 제4 레벨 각각은 음의 레벨이며, 상기 제2 레벨의 절대값은 상기 제4 레벨의 절대값보다 작은, 반도체 장치.
According to claim 15,
wherein each of the second level and the fourth level is a negative level, and an absolute value of the second level is smaller than an absolute value of the fourth level.
제16항에 있어서,
상기 주변 회로 영역은, 상기 제1 프로그램 동작에서 상기 제2 레벨의 전압이 상기 접지 선택 라인에 입력되는 동안, 상기 소스 영역에 접지 전압을 입력하고, 상기 제2 프로그램 동작에서 상기 제4 레벨의 전압이 상기 접지 선택 라인에 입력되는 동안, 상기 소스 영역에 접지 전압을 입력하는, 반도체 장치.
According to claim 16,
The peripheral circuit area inputs a ground voltage to the source area while the second level voltage is input to the ground select line in the first program operation, and the fourth level voltage in the second program operation. A ground voltage is input to the source region while a voltage is input to the ground selection line.
제15항에 있어서,
상기 주변 회로 영역은, 상기 제1 프로그램 동작 및 상기 제2 프로그램 동작 각각에서 상기 적어도 하나의 접지 선택 라인에 입력되는 전압을 방전시킨 후, 상기 제1 프로그램 워드라인 및 상기 제2 프로그램 워드라인 각각에 프로그램 전압을 입력하는, 반도체 장치.
According to claim 15,
In the peripheral circuit area, after the voltage input to the at least one ground selection line is discharged in each of the first program operation and the second program operation, the first program word line and the second program word line respectively A semiconductor device to which a program voltage is input.
제18항에 있어서,
상기 주변 회로 영역은, 상기 제1 프로그램 워드라인 및 상기 제2 프로그램 워드라인 각각에 프로그램 전압을 입력하는 동안, 상기 소스 영역에 접지 전압보다 높은 레벨의 전압을 입력하는, 반도체 장치.
According to claim 18,
The semiconductor device of claim 1 , wherein, in the peripheral circuit region, a voltage higher than a ground voltage is input to the source region while a program voltage is input to each of the first program word line and the second program word line.
공통 소스 라인 및 접지 선택 라인에 연결되는 접지 선택 트랜지스터들;
비트라인들 및 적어도 하나의 스트링 선택 라인에 연결되는 스트링 선택 트랜지스터들;
상기 접지 선택 트랜지스터들과 상기 스트링 선택 트랜지스터들 사이에서 서로 직렬로 연결되며, 워드라인들에 연결되는 메모리 셀들; 및
상기 접지 선택 트랜지스터들, 상기 스트링 선택 트랜지스터들, 및 상기 메모리 셀들을 제어하는 로우 디코더; 를 포함하며,
상기 로우 디코더는, 상기 메모리 셀들 중에서 선택 메모리 셀에 연결된 프로그램 워드라인에 제1 프로그램 시간 동안 제1 프로그램 전압을 입력하고, 제1 프로그램 시간 이후의 제2 프로그램 시간 동안 제2 프로그램 전압을 입력하며,
상기 로우 디코더는, 상기 제1 프로그램 시간 및 상기 제2 프로그램 시간 각각에서 상기 접지 선택 라인과 상기 공통 소스 라인에 각각 입력하는 전압의 절대값을, 상기 제1 프로그램 전압 및 상기 제2 프로그램 전압 각각의 크기에 기초하여 결정하는, 반도체 장치.

ground select transistors connected to the common source line and the ground select line;
string select transistors coupled to the bit lines and to at least one string select line;
memory cells connected in series between the ground select transistors and the string select transistors and connected to word lines; and
a row decoder controlling the ground select transistors, the string select transistors, and the memory cells; Including,
The row decoder inputs a first program voltage during a first program time to a program word line connected to a selected memory cell among the memory cells, and inputs a second program voltage during a second program time after the first program time;
The row decoder determines an absolute value of a voltage input to the ground selection line and the common source line at each of the first program time and the second program time, respectively, as a value of each of the first program voltage and the second program voltage. A semiconductor device determined based on size.

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