KR20230081555A - Nonvolatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비휘발성 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-volatile memory device.
최근의 비휘발성 메모리 장치는 더 많은 데이터를 짧은 시간 안에 처리하기 위해 높은 수준의 집적도와 함께 높은 속도를 요구하고 있다. 비휘발성 메모리 장치의 집적도를 향상시키고 저장 용량을 증가시키기 위해, 비휘발성 메모리 장치에 포함된 복수의 메모리 블록들 각각에 포함된 채널 구조물들의 개수를 증가시킬 수 있다. 다만, 메모리 셀들을 포함하는 채널 구조물들의 개수가 증가함에 따라, 메모리 셀들에 저장된 값을 센싱하는 페이지 버퍼들의 개수도 증가할 수 있다. 페이지 버퍼들의 개수가 증가하면 비휘발성 메모리 장치의 주변 회로 영역의 크기가 필요 이상으로 커지는 문제가 발생할 수 있다. Recent non-volatile memory devices require a high degree of integration and high speed in order to process more data in a shorter time. In order to improve integration and increase storage capacity of the nonvolatile memory device, the number of channel structures included in each of a plurality of memory blocks included in the nonvolatile memory device may be increased. However, as the number of channel structures including memory cells increases, the number of page buffers that sense values stored in memory cells may also increase. When the number of page buffers increases, a size of a peripheral circuit area of the nonvolatile memory device may increase more than necessary.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 페이지 버퍼마다 연결되는 메모리 셀 스트링의 개수를 감소시킴으로써, 페이지 버퍼에서 병렬적으로 동시에 데이터를 읽고 쓸 수 있는 메모리 셀의 개수를 증가시키고, 나아가 복수의 메모리 셀들의 리드 동작 및 쓰기 동작 시간을 단축할 수 있는 비휘발성 메모리 장치를 제공하고자 하는 데에 있다.One of the problems to be achieved by the technical idea of the present invention is to increase the number of memory cells capable of simultaneously reading and writing data in parallel in a page buffer by reducing the number of memory cell strings connected to each page buffer, and furthermore, It is an object of the present invention to provide a non-volatile memory device capable of reducing read and write operation times of memory cells.
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 제1 반도체 기판, 상기 제1 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역, 및 상기 메모리 셀 영역의 상부에 배치되는 제1 메탈 패드를 포함하고, 상기 복수의 메모리 셀들은 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 상기 게이트 전극들을 관통하고 상기 제1 반도체 기판에 연결되는 채널 구조물들에 의해 정의되는 제1 반도체 구조물, 제2 반도체 기판, 상기 제2 반도체 기판 상에 배치되는 페이지 버퍼, 및 상기 제1 메탈 패드와 접합하는 제2 메탈 패드를 포함하는 제2 반도체 구조물, 및 제3 반도체 기판, 상기 제3 반도체 기판 상에 형성되는 버퍼 메모리 및 주변 회로들, 및 상기 제3 반도체 기판을 관통하는 연결 비아를 통해 상기 주변 회로들과 연결되는 제3 메탈 패드를 포함하는 제3 반도체 구조물을 포함하고, 상기 제2 반도체 구조물 및 상기 제3 반도체 구조물은 상기 제2 반도체 기판을 관통하는 연결 구조물에 의해 서로 연결되며, 상기 페이지 버퍼는 상기 제1 반도체 구조물, 상기 제2 반도체 구조물, 및 상기 제3 반도체 구조물이 연결되는 제1 방향에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들을 포함한다.A nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes a first semiconductor substrate, a memory cell region including a plurality of memory cells disposed on the first semiconductor substrate, and a first memory cell region disposed above the memory cell region. A first semiconductor structure including a first metal pad, wherein the plurality of memory cells are defined by stacked gate electrodes spaced apart from each other and channel structures penetrating the gate electrodes and connected to the first semiconductor substrate; A second semiconductor structure including a semiconductor substrate, a page buffer disposed on the second semiconductor substrate, and a second metal pad bonded to the first metal pad, and a third semiconductor substrate formed on the third semiconductor substrate A third semiconductor structure including a buffer memory and peripheral circuits, and a third metal pad connected to the peripheral circuits through a connection via penetrating the third semiconductor substrate, wherein the second semiconductor structure and the The third semiconductor structures are connected to each other by a connection structure penetrating the second semiconductor substrate, and the page buffer is configured in a first direction in which the first semiconductor structure, the second semiconductor structure, and the third semiconductor structure are connected. It includes a plurality of vertical transistors defined by sequentially stacked source regions, channel regions, and drain regions.
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 제1 반도체 기판, 상기 제1 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역, 및 상기 메모리 셀 영역의 상부에 배치되는 제1 메탈 패드를 포함하고, 상기 복수의 메모리 셀들은 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 상기 게이트 전극들을 관통하고 상기 제1 반도체 기판에 연결되는 채널 구조물들에 의해 정의되는 제1 반도체 구조물, 제2 반도체 기판, 상기 제2 반도체 기판 상에 배치되는 페이지 버퍼, 및 상기 제1 메탈 패드와 접합하는 제2 메탈 패드를 포함하는 제2 반도체 구조물, 및 제3 반도체 기판, 상기 제3 반도체 기판 상에 형성되는 버퍼 메모리, 상기 버퍼 메모리의 상부에 배치되는 주변 회로들, 및 상기 제3 반도체 기판을 관통하는 연결 비아를 통해 상기 주변 회로들과 연결되는 제3 메탈 패드를 포함하고, 상기 제2 반도체 기판을 관통하는 연결 구조물에 의해 상기 제2 반도체 구조물과 연결되는 제3 반도체 구조물을 포함하고, 상기 주변 회로들은 상기 페이지 버퍼와 연결되는 로우 디코더, 및 상기 복수의 메모리 셀들을 제어하는 기타 주변 회로들을 포함하며, 상기 제3 반도체 구조물은 상기 제1 반도체 구조물, 상기 제2 반도체 구조물, 및 상기 제3 반도체 구조물이 연결되는 제1 방향에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들을 포함한다.A nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes a first semiconductor substrate, a memory cell region including a plurality of memory cells disposed on the first semiconductor substrate, and a first memory cell region disposed above the memory cell region. A first semiconductor structure including a first metal pad, wherein the plurality of memory cells are defined by stacked gate electrodes spaced apart from each other and channel structures penetrating the gate electrodes and connected to the first semiconductor substrate; A second semiconductor structure including a semiconductor substrate, a page buffer disposed on the second semiconductor substrate, and a second metal pad bonded to the first metal pad, and a third semiconductor substrate formed on the third semiconductor substrate a buffer memory, peripheral circuits disposed above the buffer memory, and a third metal pad connected to the peripheral circuits through a connection via penetrating the third semiconductor substrate; A third semiconductor structure connected to the second semiconductor structure by a connection structure therethrough, wherein the peripheral circuits include a row decoder connected to the page buffer and other peripheral circuits for controlling the plurality of memory cells; , The third semiconductor structure is a plurality defined by a source region, a channel region, and a drain region sequentially stacked in a first direction to which the first semiconductor structure, the second semiconductor structure, and the third semiconductor structure are connected. of vertical transistors.
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 제1 반도체 기판, 상기 제1 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역, 및 상기 메모리 셀 영역의 상부에 배치되는 제1 메탈 패드를 포함하고, 상기 복수의 메모리 셀들은 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 상기 게이트 전극들을 관통하고 상기 제1 반도체 기판에 연결되는 채널 구조물들에 의해 정의되는 제1 반도체 구조물, 제2 반도체 기판, 상기 제2 반도체 기판 상에 배치되는 페이지 버퍼, 및 상기 제1 메탈 패드와 접합하는 제2 메탈 패드를 포함하는 제2 반도체 구조물, 및 제3 반도체 기판, 상기 제3 반도체 기판 상에 형성되는 버퍼 메모리, 로우 디코더, 및 기타 주변 회로들, 및 상기 제3 반도체 기판을 관통하는 연결 비아를 통해 상기 주변 회로들과 연결되는 제3 메탈 패드를 포함하는 제3 반도체 구조물을 포함하고, 상기 로우 디코더는 상기 페이지 버퍼에 의해 둘러싸이도록 상기 제2 반도체 기판의 중앙에 배치되며, 상기 복수의 메모리 셀들은 상기 페이지 버퍼, 상기 로우 디코더, 및 상기 기타 주변 회로들의 순서로 연결된다.A nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes a first semiconductor substrate, a memory cell region including a plurality of memory cells disposed on the first semiconductor substrate, and a first memory cell region disposed above the memory cell region. A first semiconductor structure including a first metal pad, wherein the plurality of memory cells are defined by stacked gate electrodes spaced apart from each other and channel structures penetrating the gate electrodes and connected to the first semiconductor substrate; A second semiconductor structure including a semiconductor substrate, a page buffer disposed on the second semiconductor substrate, and a second metal pad bonded to the first metal pad, and a third semiconductor substrate formed on the third semiconductor substrate a third semiconductor structure including a buffer memory, a row decoder, and other peripheral circuits, and a third metal pad connected to the peripheral circuits through a connection via penetrating the third semiconductor substrate; A decoder is disposed in the center of the second semiconductor substrate to be surrounded by the page buffer, and the plurality of memory cells are sequentially connected to the page buffer, the row decoder, and the other peripheral circuits.
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 메모리 셀 영역을 포함하는 제1 반도체 구조물, 페이지 버퍼를 포함하는 제2 반도체 구조물, 및 버퍼 메모리 및 주변 회로들을 포함하는 제3 반도체 구조물의 적층 구조로 구현됨으로써 페이지 버퍼의 배치에 필요한 공간을 확보할 수 있다.A nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes a stack of a first semiconductor structure including a memory cell region, a second semiconductor structure including a page buffer, and a third semiconductor structure including a buffer memory and peripheral circuits. By being implemented as a structure, it is possible to secure the space necessary for arranging the page buffer.
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 수직 트랜지스터들을 이용하여 페이지 버퍼를 구현함으로써 공간을 최대한으로 활용할 수 있다.A nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention can maximize space by implementing a page buffer using vertical transistors.
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 수직 트랜지스터들을 이용하여 버퍼 메모리 및/또는 주변 회로들을 구현함으로써 공간을 최대한으로 활용할 수 있다.A nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention may maximize space utilization by implementing a buffer memory and/or peripheral circuits using vertical transistors.
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 비휘발성 메모리 장치의 구조를 간단히 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 수직 트랜지스터를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에서, 페이지 버퍼에 포함된 수직 트랜지스터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 메모리 블록의 등가 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에서 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다.
도 19a 내지 도 19e는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.1 is a perspective view simply showing the structure of a non-volatile memory device.
2 and 3 are schematic diagrams illustrating a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams for explaining a vertical transistor included in a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
4C is a diagram for explaining vertical transistors included in a page buffer in a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating a memory system including a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a block diagram simply illustrating a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is an equivalent circuit diagram of a memory block included in a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining a wafer bonding method in a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
9 to 12 are views simply illustrating a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
13 and 14 are diagrams simply illustrating a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
15 and 16 are diagrams simply illustrating a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
17 and 18 are schematic diagrams illustrating a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
19A to 19E are diagrams for explaining a process of manufacturing a nonvolatile memory device according to an 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 비휘발성 메모리 장치의 구조를 간단히 도시한 사시도이다.1 is a perspective view simply showing the structure of a non-volatile memory device.
도 1을 참조하면, 비휘발성 메모리 장치는 COP(Cell On Peri) 구조를 가질 수 있다. 일례로, COP 구조를 갖는 비휘발성 메모리 장치는 3D 구조로 형성되는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역(CELL)과 수평(planar) 트랜지스터들로 구현되는 주변 회로들을 포함하는 주변 회로 영역(PERI)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a nonvolatile memory device may have a cell on periphery (COP) structure. For example, a nonvolatile memory device having a COP structure includes a memory cell area (CELL) including a plurality of memory cells formed in a 3D structure and a peripheral circuit area (PERI) including peripheral circuits implemented with planar transistors. ) may be included.
주변 회로 영역(PERI)에는 페이지 버퍼(PB), 로우 디코더(XDEC), 및 기타 주변 회로들(OC)이 포함될 수 있다. 로우 디코더(XDEC)는 워드라인을 선택하기 위해 단차가 형성된 계단 구조의 하부에 배치될 수 있고, 로우 디코더(XDEC)의 사이에는 페이지 버퍼(PB) 및 기타 주변 회로들(OC)이 배치될 수 있다.The peripheral circuit area PERI may include a page buffer PB, a row decoder XDEC, and other peripheral circuits OC. The row decoder (XDEC) may be disposed below a stepped structure in which a step is formed to select a word line, and a page buffer (PB) and other peripheral circuits (OC) may be disposed between the row decoder (XDEC). there is.
최근 비휘발성 메모리 장치에 포함된 메모리 셀들의 단수가 높아지고 메모리 셀 당 저장하는 비트 수가 증가하면서 비휘발성 메모리 장치의 저장 용량이 증가하고 있다. 이에 따라, 기존의 페이지 버퍼(PB)를 이용하는 경우 읽기/쓰기 동작에 소요되는 시간이 증가할 수 있고, 비휘발성 메모리 장치의 동작 성능을 보장하기 위해 페이지 버퍼(PB)의 크기를 증가시켜야 할 필요가 있을 수 있다.Recently, as the number of memory cells included in the nonvolatile memory device increases and the number of bits stored per memory cell increases, the storage capacity of the nonvolatile memory device is increasing. Accordingly, when using the existing page buffer (PB), the time required for read/write operations may increase, and it is necessary to increase the size of the page buffer (PB) to ensure the operational performance of the non-volatile memory device. there may be
또한, 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 스토리지 장치의 크기는 집적화로 인해 작아지는 추세이다. 따라서, 주변 회로 영역(PERI)의 공간을 충분히 확보해야 할 필요가 있을 수 있다. In addition, the size of a storage device including a non-volatile memory device tends to decrease due to integration. Therefore, it may be necessary to secure a sufficient space in the peripheral circuit area PERI.
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 페이지 버퍼(PB)를 별도의 반도체 구조물에 형성하고 이를 포함하는 3개의 반도체 구조물들이 적층된 3-stack 구조를 가짐으로써 페이지 버퍼가 배치되는 공간을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 페이지 버퍼(PB)에 포함된 래치 구조를 수직 트랜지스터(Vertical Transistor)를 이용하여 구현함으로써 주변 회로 영역(PERI)의 공간을 최대한 활용할 수 있고, 기존의 공간 부족 문제를 해결할 수 있다.A non-volatile memory device according to an embodiment of the present invention has a 3-stack structure in which a page buffer (PB) is formed in a separate semiconductor structure and three semiconductor structures including the page buffer PB are stacked. can secure enough. In addition, since the latch structure included in the page buffer PB is implemented using vertical transistors, the space of the peripheral circuit area PERI can be maximally utilized and the existing space shortage problem can be solved.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다.2 and 3 are schematic diagrams illustrating a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는 제1 방향(예컨대, Z 방향)으로 적층된 구조를 갖는 제1 반도체 구조물(110), 제2 반도체 구조물(120), 및 제3 반도체 구조물(130)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes a
제1 반도체 구조물(110)은 제1 반도체 기판(111) 및 제1 반도체 기판 상부 영역을 포함할 수 있다. 제1 반도체 기판 상부 영역은 복수의 메모리 셀들이 배치되는 메모리 셀 영역(112) 및 메모리 셀 영역(112)의 상부에 배치되는 제1 메탈 패드(119)를 포함할 수 있다.The
제1 반도체 기판(111)은 제2 방향(예컨대, X 방향) 및 제3 방향(예컨대, Y 방향)으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 제1 반도체 기판(111)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체 기판(111)은 실리콘(Si), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨 비소(GaAs), 게르마늄(Ge), 절연체 상의 실리콘(SOI) 또는 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 또는, 제1 반도체 기판(111)은 다결정 실리콘층과 같은 다결정 반도체층 또는 에피택셜층으로 제공될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(100)에 포함된 반도체 구조물들(110, 120, 130)에 포함된 반도체 기판들(111, 121, 131)은 동일한 재료를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.The
메모리 셀 영역(112)에 포함된 복수의 메모리 셀들은 제1 반도체 기판(111) 상에 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 게이트 전극들을 관통하고 제1 반도체 기판(111)에 연결되는 채널 구조물들(CH)에 의해 구현될 수 있다. 즉, 복수의 메모리 셀들은 수직형 낸드 플래시 메모리(Vertical NAND, VNAND)를 구성하는 메모리 셀들일 수 있다. The plurality of memory cells included in the
게이트 전극들은 제1 반도체 기판(111) 상으로부터 순차적으로 접지 선택 트랜지스터, 복수의 메모리 셀들, 및 스트링 선택 트랜지스터를 이루는 전극들을 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(100)의 용량에 따라서 복수의 메모리 셀들을 이루는 게이트 전극들의 개수가 결정될 수 있다. 이 때, 게이트 전극들은 서로 다른 길이로 연장되어 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있고, 게이트 전극들은 노출된 단부를 통해 게이트 컨택들과 연결될 수 있다. 메모리 셀 영역(112)에서 게이트 전극들 및 게이트 컨택들은 절연성 물질로 이루어지는 절연층에 의해 덮일 수 있다.The gate electrodes may include electrodes sequentially forming a ground select transistor, a plurality of memory cells, and a string select transistor from the
게이트 전극들은 금속 물질, 예컨대 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 게이트 전극들은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 게이트 전극들은 확산 방지층을 더 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 확산 방지층은 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 한편, 게이트 전극들의 사이에 배치되는 층간 절연층들은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다.The gate electrodes may include a metal material, such as tungsten (W). Depending on the embodiment, the gate electrodes may include polycrystalline silicon or a metal silicide material. For example, the gate electrodes may further include an anti-diffusion layer, and for example, the anti-diffusion layer may include tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN), or a combination thereof. Meanwhile, interlayer insulating layers disposed between the gate electrodes may include an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride.
채널 구조물들(CH)은 각각 하나의 메모리 셀 스트링을 구성하며, 행과 열을 이루면서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 채널 구조물들(CH)은, X-Y 평면에서, 격자 무늬를 형성하도록 배치되거나 일 방향에서 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 채널 구조물들(CH)은 기둥 형상을 가지며, 종횡비에 따라 제1 반도체 기판(111)에 가까울수록 좁아지는 경사진 측면을 가질 수 있다.Each of the channel structures CH constitutes one memory cell string and may be spaced apart from each other while forming rows and columns. The channel structures CH may be arranged to form a lattice pattern in an X-Y plane or may be arranged in a zigzag shape in one direction. The channel structures CH may have a pillar shape and may have inclined side surfaces that become narrower closer to the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)는 전하 저장층이 전도성 부유 게이트로 구성된 플래시 메모리 장치는 물론, 전하 저장층이 절연막으로 구성된 차지 트랩형 플래시(Charge Trap Flash; CTF)에도 모두 적용될 수 있다. Meanwhile, the
제2 반도체 구조물(120)은 제2 반도체 기판(121) 및 제2 반도체 기판 상부 영역을 포함할 수 있다. 제2 반도체 기판 상부 영역은 비휘발성 메모리 장치(100)의 페이지 버퍼(122), 로우 디코더(123), 및 제2 메탈 패드(129)를 포함할 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)는 페이지 버퍼(122)를 제2 반도체 구조물(120)에 별도로 배치함으로써 비휘발성 메모리 장치(100)의 저장 용량 증가에 따라 페이지 버퍼(122)의 크기를 증가시킬 때 공간적 제약을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 비휘발성 메모리 장치(100)는 복수의 메모리 셀들의 리드 동작 및 쓰기 동작을 단축시킬 수 있다.In the
도 2를 참조하면, 로우 디코더(123)는 양쪽에 배치된 페이지 버퍼(122)를 로딩하기 위해 페이지 버퍼(122)에 의해 둘러싸이도록 제2 반도체 기판(121)의 중앙에 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 2 , a
제2 메탈 패드(129)는 제1 방향에서 제1 메탈 패드(119)와 접합될 수 있다. 제1 메탈 패드(119) 및 제2 메탈 패드(129)는 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 방식으로 제1 반도체 구조물(110)과 제2 반도체 구조물(120)을 연결할 수 있다. The
웨이퍼 본딩 방식은 제1 반도체 구조물(110)과 제2 반도체 구조물(120) 사이에 짧은 연결 길이를 갖는 직접적인 접속 통로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 본딩 방식은 칩 인터페이스에 의한 지연을 제거하고 전력 소비를 줄이면서 데이터 및 제어 신호의 입출력 속도를 개선할 수 있다.The wafer bonding method may form a direct connection path having a short connection length between the
한편, 제1 메탈 패드(119)와 제2 메탈 패드(129)는 텅스텐(W), 코발트(Co), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 실리사이드 등을 포함할 수 있다. 제1 메탈 패드(119)와 제2 메탈 패드(129) 각각은 제2 방향(예컨대, X 방향) 및/또는 제3 방향(예컨대, Y 방향)에서 인접한 레이어에 의해 전기적으로 분리될 수 있다. 일례로, 상기 레이어는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, low-k 유전체 등을 포함할 수 있다.Meanwhile, the
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)는 제2 반도체 기판(121)의 하면에 배치되는 패드 아웃 레이어를 더 포함할 수 있다. 일례로, 패드 아웃 레이어는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, low-k 유전체 등의 유전체 재료를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
패드 아웃 레이어는 메모리 셀 영역(112) 및/또는 페이지 버퍼(122)를 외부 회로와 전기적으로 연결하기 위한 하나 이상의 컨택 패드(128)를 포함할 수 있다. 제1 반도체 구조물(110)과 제2 반도체 구조물(120)은 웨이퍼 본딩 방식으로 서로 전기적으로 연결되어 있으므로, 컨택 패드(128)로 인가되는 외부 회로의 전기 신호는 제1 반도체 구조물(110)에 포함된 메모리 셀 영역(112)에 전달될 수 있다. 즉, 컨택 패드(128)는 패드-아웃을 위해 비휘발성 메모리 장치(100)와 외부 회로 사이에서 전기 신호를 전달할 수 있다.The pad-out layer may include one or
다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 패드 아웃 레이어는 제1 반도체 기판(111)의 하면에 배치될 수도 있다. 이 때, 패드 아웃 레이어에 포함된 컨택 패드(128)로 인가되는 외부 회로의 전기 신호는 웨이퍼 본딩 방식으로 연결된 제1 메탈 패드(119) 및 제2 메탈 패드(129)를 통해 제2 반도체 구조물(120)에 전달될 수 있다.However, this is merely an example and may not be limited. For example, the pad-out layer may be disposed on the lower surface of the
제3 반도체 구조물(130)은 제3 반도체 기판(131) 및 제3 반도체 기판 상부 영역을 포함할 수 있다. 제3 반도체 기판 상부 영역은 버퍼 메모리(132) 및 기타 주변 회로들(134)을 포함할 수 있고, 제3 반도체 구조물(130)은 제3 반도체 기판(131)을 관통하는 연결 비아(138)를 통해 주변 회로들과 연결되는 제3 메탈 패드(139)를 포함할 수 있다. The
한편, 제2 반도체 기판(121)과 제3 반도체 기판(131)은 제2 반도체 기판(121)을 관통하는 연결 구조물(140)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3을 참조하면, 연결 구조물(140)은 제2 반도체 기판(121) 및 패드 아웃 레이어를 완전히 관통하고, 제2 반도체 구조물(120)의 배선층으로부터 연장된 컨택과 제3 반도체 구조물(130)의 배선층 사이에서 연결될 수 있다.Meanwhile, the
웨이퍼 본딩 방식과 유사하게, 연결 구조물(140)은 제2 반도체 구조물(120)과 제3 반도체 구조물(130) 사이에 짧은 연결 길이를 갖는 직접적인 접속 통로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 연결 구조물(140)은 칩 인터페이스에 의한 지연을 제거하고 전력 소비를 줄이면서 데이터 및 제어 신호의 입출력 속도를 개선할 수 있다.Similar to the wafer bonding method, the
일례로, 도 2를 참조하면, 기타 주변 회로들(134)은 감지 증폭기(133), 멀티플렉서(135) 등의 회로를 제외한 나머지 주변 회로들, 예컨대, 쓰기 드라이버, 전하 펌프 등을 의미할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이 기타 주변 회로들(134)은 감지 증폭기, 멀티플렉서 등의 회로를 포함한 주변 회로들을 의미할 수도 있다. 기타 주변 회로들(134)은 제3 반도체 기판(131) 상에 배치되는 복수의 트랜지스터들을 포함하는 임의의 소자들(예컨대, 다이오드, 저항, 또는 커패시터) 및 배선들에 의해 구현될 수 있다.As an example, referring to FIG. 2 , other
버퍼 메모리(132)는 메모리 셀 영역(112)에 포함된 복수의 메모리 셀들과 다른 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 버퍼 메모리(132)는 메모리 셀 영역(112)에 저장되거나 메모리 셀 영역(112)으로부터 리드된 데이터를 임시 저장함으로써 비휘발성 메모리 장치와 외부 장치(10) 사이에서의 신호 및 데이터 전달 속도를 조절할 수 있다. The
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)에서 버퍼 메모리(132)는 동적 램(Dynamic Random Access Memory, DRAM)을 포함할 수 있다. 따라서, 버퍼 메모리(132)에 포함된 메모리 셀들 각각은 선택 트랜지스터 및 커패시터에 의해 구현될 수 있다. Referring to FIG. 3 , in the
다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 버퍼 메모리(132)는 DRAM 외에 정적 램(Static Random Access Memory, SRAM), 자기저항 램(Magnetoresistive Random Access Memory; MRAM), 상변화 램(Phase-change Random Access Memory, PRAM) 등의 다른 원리로 동작하는 메모리 장치를 포함할 수 있다. 이에 따라, 버퍼 메모리(132)에 포함된 소자들 및 그 구조는 달라질 수 있다.However, this is only one embodiment and is not limited, and the
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)는 제3 메탈 패드(139)를 통해 외부 장치(10)와 커맨드(CMD), 어드레스(ADDR), 제어(CTRL) 신호들을 주고받을 수 있고, 연결 구조물(140)을 통해 복수의 메모리 셀들과 주변 회로들 사이에서 상기 신호들을 주고받을 수 있다. 외부 장치(10)는 비휘발성 메모리 장치(100)와 주고받는 신호들에 기초하여 비휘발성 메모리 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)에서, 복수의 메모리 셀들은 페이지 버퍼(122), 로우 디코더(123), 및 기타 주변 회로들(134)의 순서로 연결될 수 있다. 이 때, 로우 디코더(123)의 양 측에는 페이지 버퍼(122)가 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.In the
한편, 비휘발성 메모리 장치(100)에 포함된 회로들 중 적어도 일부는 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들(Vertical Transistor)을 포함할 수 있다. Meanwhile, at least some of the circuits included in the
일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)에 포함된 페이지 버퍼(122) 및/또는 로우 디코더(123)는 복수의 수직 트랜지스터들로 구현될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)는 페이지 버퍼(122)가 구현되는 공간을 최대한으로 활용할 수 있다.For example, the
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 수직 트랜지스터를 설명하기 위한 도면들이다. 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에서, 페이지 버퍼에 포함된 수직 트랜지스터들을 설명하기 위한 도면이다.4A and 4B are diagrams for explaining a vertical transistor included in a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. 4C is a diagram for explaining vertical transistors included in a page buffer in a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)의 제2 반도체 구조물(120)에 포함된 회로들 중 적어도 일부는 수직 트랜지스터에 의해 구현될 수 있다. 일례로, 페이지 버퍼(122)는 복수의 메모리 셀들에 대응하는 복수의 페이지 버퍼들을 포함할 수 있고, 복수의 페이지 버퍼들 각각은 4개의 수직 트랜지스터들로 구현되는 래치 구조를 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 페이지 버퍼들은 복수의 메모리 셀들과 1:1로 대응할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 2 together, at least some of the circuits included in the
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 수직 트랜지스터 중 NMOS 트랜지스터는 도 4a에 도시된 바와 같이 구현될 수 있고, PMOS 트랜지스터는 도 4b에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. Referring to FIGS. 4A and 4B , among the vertical transistors, an NMOS transistor may be implemented as shown in FIG. 4A and a PMOS transistor may be implemented as shown in FIG. 4B.
수직 트랜지스터는 수직 방향으로 적층된 제1 소스/드레인 영역(SD1), 제1 게이트 전극(G1), 제2 게이트 전극(G2), 및 제3 소스/드레인 영역(SD3)에 의해 구현될 수 있다. 한편, 도 4b를 참조하면, 수직 트랜지스터는 제2 소스/드레인 영역(SD2)에 메탈 구조물이 연결되는 구조를 갖도록 구현될 수도 있다. 수직 트랜지스터에서 제1 게이트 전극(G1), 및/또는 제2 게이트 전극(G2)에 의해 둘러싸인 채널 영역은 나노 와이어로 구성될 수 있다.The vertical transistor may be implemented by a first source/drain region SD1, a first gate electrode G1, a second gate electrode G2, and a third source/drain region SD3 stacked in the vertical direction. . Meanwhile, referring to FIG. 4B , the vertical transistor may be implemented to have a structure in which a metal structure is connected to the second source/drain region SD2 . In the vertical transistor, a channel region surrounded by the first gate electrode G1 and/or the second gate electrode G2 may be formed of a nanowire.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)에 포함된 제2 반도체 구조물(120)은 높이가 다른 복수의 층으로 형성된 배선 구조물들(M0, M1, M2, M3, M4)을 포함할 수 있다. 반도체 구조물들(120, 130)에 포함된 회로들은 배선 구조물들(M0, M1, M2, M3, M4)과 다른 소자들을 연결함으로써 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4C , the
일례로, 제2 반도체 구조물(120)에 포함된 페이지 버퍼(122)에 포함된 래치 구조는 4개의 수직 트랜지스터들로 구현될 수 있다. 수직 트랜지스터들은 수직 방향에서 2개씩 배치될 수 있다. 일례로, 제1 트랜지스터(TR1) 및 제2 트랜지스터(TR2)는 도 4a에 도시된 NMOS 트랜지스터들일 수 있고, 제3 트랜지스터(TR3) 및 제4 트랜지스터(TR4)는 도 4b에 도시된 PMOS 트랜지스터들일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.For example, a latch structure included in the
한편, 수직 트랜지스터를 이용하여 인버터, 버퍼 등의 구조를 구현할 수 있으므로, 페이지 버퍼(122) 외에 로우 디코더(123) 및 제3 반도체 구조물(130)에 포함된 기타 주변 회로들 역시 마찬가지로 수직 트랜지스터들로 형성될 수 있다. Meanwhile, since structures such as an inverter and a buffer can be implemented using vertical transistors, other peripheral circuits included in the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a memory system including a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 메모리 시스템(1)은 메모리 장치(MEM) 및 메모리 컨트롤러(CTRL)를 포함할 수 있다. 메모리 시스템(1)은 복수의 채널들(CH1~CHm)을 지원할 수 있고, 메모리 장치(MEM)와 메모리 컨트롤러(CTRL)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 메모리 시스템(1)은 SSD(Solid State Drive)와 같은 스토리지 장치로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
메모리 장치(MEM)는 복수의 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn)을 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 대응하는 웨이(way)를 통해 복수의 채널들(CH1~CHm) 중 하나에 연결될 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n)은 웨이들(W11~W1n)을 통해 제1 채널(CH1)에 연결되고, 비휘발성 메모리 장치들(NVM21~NVM2n)은 웨이들(W21~W2n)을 통해 제2 채널(CH2)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 메모리 컨트롤러(CTRL)로부터의 개별적인 명령에 따라 동작할 수 있는 임의의 메모리 단위로 구현될 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 칩(chip) 또는 다이(die)로 구현될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The memory device MEM may include a plurality of nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn. Each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may be connected to one of the plurality of channels CH1 to CHm through a corresponding way. For example, the nonvolatile memory devices NVM11 to NVM1n are connected to the first channel CH1 through ways W11 to W1n, and the nonvolatile memory devices NVM21 to NVM2n are connected to ways W21 to W1n. W2n) may be connected to the second channel CH2. In an exemplary embodiment, each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may be implemented as an arbitrary memory unit capable of operating according to individual commands from the memory controller CTRL. For example, each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may be implemented as a chip or die, but the present invention is not limited thereto.
메모리 컨트롤러(CTRL)는 복수의 채널들(CH1~CHm)을 통해 메모리 장치(MEM)와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(CTRL)는 채널들(CH1~CHm)을 통해 메모리 장치(MEM)로 커맨드들(CMDa~CMDm), 어드레스들(ADDRa~ADDRm), 및 데이터(DATAa~DATAm)를 메모리 장치(MEM)로 전송하거나, 메모리 장치(MEM)로부터 데이터(DATAa~DATAm)를 수신할 수 있다.The memory controller CTRL may transmit and receive signals to and from the memory device MEM through a plurality of channels CH1 to CHm. For example, the memory controller CTRL transmits commands CMDa to CMDm, addresses ADDRa to ADDRm, and data DATAa to DATAm to the memory device MEM through channels CH1 to CHm. Data DATAa to DATAm may be transmitted to the device MEM or may be received from the memory device MEM.
메모리 컨트롤러(CTRL)는 각각의 채널을 통해 해당 채널에 연결된 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 중 하나를 선택하고, 선택된 비휘발성 메모리 장치와 신호들을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(CTRL)는 제1 채널(CH1)에 연결된 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 비휘발성 메모리 장치(NVM11)를 선택할 수 있다. 메모리 컨트롤러(CTRL)는 선택된 비휘발성 메모리 장치(NVM11)로 제1 채널(CH1)을 통해 커맨드(CMDa), 어드레스(ADDRa), 및 데이터(DATAa)를 전송하거나, 선택된 비휘발성 메모리 장치(NVM11)로부터 데이터(DATAa)를 수신할 수 있다.The memory controller CTRL may select one of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn connected to the corresponding channel through each channel and transmit/receive signals to and from the selected nonvolatile memory device. For example, the memory controller CTRL may select the nonvolatile memory device NVM11 among the nonvolatile memory devices NVM11 to NVM1n connected to the first channel CH1. The memory controller CTRL transmits the command CMDa, address ADDRa, and data DATAa to the selected nonvolatile memory device NVM11 through the first channel CH1, or transmits the selected nonvolatile memory device NVM11. Data DATAa may be received from
메모리 컨트롤러(CTRL)는 서로 다른 채널들을 통해 메모리 장치(MEM)와 신호들을 병렬적으로 송수신할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(CTRL)는 제1 채널(CH1)을 통해 메모리 장치(MEM)로 커맨드(CMDa)를 전송하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 메모리 장치(MEM)로 커맨드(CMDb)를 전송할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(CTRL)는 제1 채널(CH1)을 통해 메모리 장치(10)로부터 데이터(DATAa)를 수신하는 동안 제2 채널(CH2)을 통해 메모리 장치(10)로부터 데이터(DATAb)를 수신할 수 있다.The memory controller CTRL may transmit and receive signals to and from the memory device MEM in parallel through different channels. For example, while the memory controller CTRL transmits the command CMDa to the memory device MEM through the first channel CH1, the command CMDb is sent to the memory device MEM through the second channel CH2. can transmit. For example, the memory controller CTRL receives data DATAb from the
메모리 컨트롤러(CTRL)는 메모리 장치(MEM)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 메모리 컨트롤러(CTRL)는 채널들(CH1~CHm)로 신호를 전송하여 채널들(CH1~CHm)에 연결된 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각을 제어할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(CTRL)는 제1 채널(CH1)로 커맨드(CMDa) 및 어드레스(ADDRa)를 전송하여 비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVM1n) 중 선택된 하나를 제어할 수 있다.The memory controller CTRL may control overall operations of the memory device MEM. The memory controller CTRL may control each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn connected to the channels CH1 to CHm by transmitting a signal to the channels CH1 to CHm. For example, the memory controller CTRL may control a selected one of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVM1n by transmitting the command CMDa and the address ADDRa through the first channel CH1.
비휘발성 메모리 장치들(NVM11~NVMmn) 각각은 메모리 컨트롤러(CTRL)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리 장치(NVM11)는 제1 채널(CH1)로 제공되는 커맨드(CMDa), 어드레스(ADDRa)에 따라, 데이터(DATAa)를 프로그램할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 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(CTRL)로 전송할 수 있다.Each of the nonvolatile memory devices NVM11 to NVMmn may operate under the control of the memory controller CTRL. For example, the nonvolatile memory device NVM11 may program the data DATAa according to the command CMDa and the address ADDRa provided through the first channel CH1. For example, the nonvolatile 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 a memory controller ( CTRL).
도 5에는 메모리 장치(MEM)가 m개의 채널을 통해 메모리 컨트롤러(CTRL)와 통신하고, 메모리 장치(MEM)가 각각의 채널에 대응하여 n개의 비휘발성 메모리 장치를 포함하는 것으로 도시되나, 채널들의 개수와 하나의 채널에 연결된 비휘발성 메모리 장치의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.5 shows that the memory device MEM communicates with the memory controller CTRL through m channels and includes n nonvolatile memory devices corresponding to each channel; The number and number of nonvolatile memory devices connected to one channel may be variously changed.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 블록도이다.6 is a block diagram simply illustrating a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(112)를 포함하는 메모리 셀 영역, 및 주변 회로들(150)을 포함하는 주변 회로 영역을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , a
비휘발성 메모리 장치(100)의 주변 회로 영역에 배치되는 주변 회로들(150)은 로우 디코더(123), 페이지 버퍼(122), 입출력 버퍼(151), 전압 생성기(152), 및 제어 로직 회로(153)를 포함할 수 있다. 도 6에는 도시되지 않았으나, 비휘발성 메모리 장치(100)는 컬럼 로직, 프리-디코더, 온도 센서 등을 더 포함할 수 있다.The
제어 로직 회로(153)는 비휘발성 메모리 장치 내의 각종 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 제어 로직 회로(153)는 메모리 컨트롤러로부터 입력된 커맨드(CMD) 및/또는 어드레스(ADDR)에 응답하여 각종 제어 신호들을 출력할 수 있다. 일례로, 제어 로직 회로(153)는 전압 제어 신호(CTRL_VOL), 로우 어드레스(X-ADDR), 및 컬럼 어드레스(Y-ADDR)를 출력할 수 있다.The
메모리 셀 어레이(112)는 복수의 메모리 블록들을 포함할 수 있고, 복수의 메모리 블록들 각각은 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(112)는 비트 라인들(BL)을 통해 페이지 버퍼(122)에 연결될 수 있고, 워드 라인들(WL), 스트링 선택 라인들(SSL), 및 그라운드 선택 라인들(GSL)을 통해 로우 디코더(123)에 연결될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(100)에서, 메모리 셀 어레이(112)는 3차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있고, 3차원 메모리 셀 어레이는 복수의 낸드 스트링들을 포함할 수 있다. 각 낸드 스트링은 기판 위에 수직으로 적층된 워드 라인들(WL)에 각각 연결된 복수의 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. 일례로, 메모리 셀 어레이(112)는 2차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있고, 2차원 메모리 셀 어레이는 행 및 열 방향을 따라 배치된 복수의 낸드 스트링들을 포함할 수 있다.In the
페이지 버퍼(122)는 복수의 페이지 버퍼들을 포함할 수 있고, 복수의 페이지 버퍼들은 복수의 비트 라인들(BL)을 통해 복수의 메모리 셀들과 각각 연결될 수 있다. 페이지 버퍼(122)는 컬럼 어드레스(Y-ADDR)에 응답하여 비트 라인들(BL) 중 적어도 하나의 비트 라인을 선택할 수 있다. 페이지 버퍼(122)는 동작 모드에 따라 쓰기 드라이버 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 쓰기 동작 시, 페이지 버퍼(122)는 선택된 비트 라인으로 기록될 데이터에 대응하는 비트 라인 전압을 인가할 수 있다. 리드 동작 시, 페이지 버퍼(122)는 선택된 비트 라인의 전류 또는 전압을 감지하여 복수의 메모리 셀들에 저장된 데이터를 감지할 수 있다. The
전압 생성기(152)는 전압 제어 신호(CTRL_VOL)를 기반으로 쓰기, 리드, 쓰기 검증, 및 소거 동작들을 수행하기 위한 다양한 종류의 전압들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전압 생성기(152)는 워드 라인 전압(VWL)으로서 쓰기 전압, 리드 전압, 쓰기 검증 전압, 소거 전압 등을 생성할 수 있다.The
로우 디코더(123)는 로우 어드레스(X-ADDR)에 응답하여 복수의 워드 라인들(WL) 중 하나를 선택할 수 있고, 복수의 스트링 선택 라인들(SSL) 중 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 쓰기 동작 시, 로우 디코더(123)는 선택된 워드 라인으로 쓰기 전압 및 쓰기 검증 전압을 인가하고, 리드 동작 시, 선택된 워드 라인으로 리드 전압을 인가할 수 있다.The
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에 포함된 메모리 블록의 등가 회로도이다.7 is an equivalent circuit diagram of a memory block included in a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 메모리 블록(BLKi)은 반도체 기판 상에 3차원 구조로 형성되는 3차원 메모리 블록을 나타낸다. 예를 들어, 메모리 블록(BLKi)에 포함되는 복수의 메모리 낸드 스트링들은 상기 반도체 기판과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.The memory block BLKi shown in FIG. 7 represents a 3D memory block formed in a 3D structure on a semiconductor substrate. For example, a plurality of memory NAND strings included in the memory block BLKi may be formed in a direction perpendicular to the semiconductor substrate.
도 7을 참조하면, 메모리 블록(BLKi)은 비트 라인들(BL1, BL2, BL3)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 연결되는 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11~NS33)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11~NS33) 각각은 스트링 선택 트랜지스터(SST), 복수의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)를 포함할 수 있다. 도 4에는 복수의 메모리 낸드 스트링들(NS11~NS33) 각각이 8개의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 7 , the memory block BLKi may include a plurality of memory NAND strings NS11 to NS33 connected between the bit lines BL1 , BL2 , and BL3 and the common source line CSL. Each of the plurality of memory NAND strings NS11 to NS33 may include a string select transistor SST, a plurality of memory cells MC1, MC2, ..., MC8, and a ground select transistor GST. 4 illustrates that each of the plurality of memory NAND strings NS11 to NS33 includes eight memory cells MC1, MC2, ..., MC8, but is not necessarily limited thereto.
스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2, SSL3)에 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8)은 각각 상응하는 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8)에 연결될 수 있다. 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8)은 워드 라인들에 해당할 수 있으며, 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8)의 일부는 더미 워드 라인에 해당할 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 상응하는 접지 선택 라인(GSL1, GSL2, GSL3)에 연결될 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 비트 라인들(BL1, BL2, 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 , SSL2 , and SSL3 . The plurality of memory cells MC1 , MC2 , ..., MC8 may be connected to corresponding gate lines GTL1 , GTL2 , ... , and GTL8 , respectively. The gate lines GTL1 , GTL2 , ..., GTL8 may correspond to word lines, and some of the gate lines GTL1 , GTL2 , ... , GTL8 may correspond to dummy word lines. The ground select transistor GST may be connected to corresponding ground select lines GSL1 , GSL2 , and GSL3 . The string select transistor SST may be connected to corresponding bit lines BL1 , BL2 , and BL3 , and the ground select transistor GST may be connected to the common source line CSL.
동일 높이의 워드 라인(예를 들면, WL1)은 공통으로 연결되고, 접지 선택 라인(GSL1, GSL2, GSL3) 및 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2, SSL3)은 각각 분리될 수 있다. 도 7에는 메모리 블록(BLK)이 여덟 개의 게이트 라인(GTL1, GTL2, ..., GTL8) 및 세 개의 비트 라인들(BL1, BL2, BL3)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Word lines (eg, WL1) having the same height may be commonly connected, and ground select lines GSL1, GSL2, and GSL3 and string select lines SSL1, SSL2, and SSL3 may be separated from each other. 7 shows that the memory block BLK is connected to eight gate lines GTL1, GTL2, ..., GTL8 and three bit lines BL1, BL2, BL3, but is not necessarily limited thereto. no.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치에서 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 방식을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining a wafer bonding method in a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(1000)는 C2C(chip to chip) 구조일 수 있다. C2C 구조는 제1 웨이퍼 상에 셀 영역(CELL)을 포함하는 상부 칩을 제작하고, 제1 웨이퍼와 다른 제2 웨이퍼 상에 주변 회로 영역(PERI)을 포함하는 하부 칩을 제작한 후, 상기 상부 칩과 상기 하부 칩을 본딩(bonding) 방식에 의해 서로 연결하는 것을 의미할 수 있다. 일례로, 상기 본딩 방식은 상부 칩의 최상부 메탈층에 형성된 본딩 메탈과 하부 칩의 최상부 메탈층에 형성된 본딩 메탈을 서로 전기적으로 연결하는 방식을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 본딩 메탈이 구리(Cu)로 형성된 경우, 상기 본딩 방식은 Cu-to-Cu 본딩 방식일 수 있으며, 상기 본딩 메탈은 알루미늄(Al) 혹은 텅스텐(W)으로도 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(1000)의 제1 반도체 기판(1810) 상에 포함된 셀 영역(CELL)은 메모리 셀 영역(112)에 대응할 수 있고, 제1 반도체 구조물(110)에 포함될 수 있다. 한편, 제2 반도체 기판(1710) 상에 포함된 주변 회로 영역(PERI)은 주변 회로들에 대응할 수 있고, 제2 반도체 구조물(120) 및 제3 반도체 구조물(130)에 대응할 수 있다. 또한, 본딩 메탈은 제1 메탈 패드(119) 및 제2 메탈 패드(129)에 대응할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 together, the cell region CELL included on the
비휘발성 메모리 장치(1000)의 주변 회로 영역(PERI)과 셀 영역(CELL) 각각은 외부 패드 본딩 영역(PA), 워드라인 본딩 영역(WLBA), 및 비트라인 본딩 영역(BLBA)을 포함할 수 있다.Each of the peripheral circuit area PERI and the cell area CELL of the
주변 회로 영역(PERI)은 제2 반도체 기판(1710), 층간 절연층(1715), 제2 반도체 기판(1710)에 형성되는 복수의 회로 소자들(1720a, 1720b, 1720c), 복수의 회로 소자들(1720a, 1720b, 1720c) 각각과 연결되는 제1 메탈층(1730a, 1730b, 1730c), 제1 메탈층(1730a, 1730b, 1730c) 상에 형성되는 제2 메탈층(1740a, 1740b, 1740c)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 메탈층(1730a, 1730b, 1730c)은 상대적으로 전기적 비저항이 높은 텅스텐으로 형성될 수 있고, 제2 메탈층(1740a, 1740b, 1740c)은 상대적으로 전기적 비저항이 낮은 구리로 형성될 수 있다.The peripheral circuit region PERI includes a
본 명세서에서는 제1 메탈층(1730a, 1730b, 1730c)과 제2 메탈층(1740a, 1740b, 1740c)만 도시되고 설명되나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 메탈층(1740a, 1740b, 1740c) 상에 적어도 하나 이상의 메탈층이 더 형성될 수도 있다. 제2 메탈층(1740a, 1740b, 1740c)의 상부에 형성되는 하나 이상의 메탈층 중 적어도 일부는, 제2 메탈층(1740a, 1740b, 1740c)을 형성하는 구리보다 더 낮은 전기적 비저항을 갖는 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. In this specification, only the
층간 절연층(1715)은 복수의 회로 소자들(1720a, 1720b, 1720c), 제1 메탈층(1730a, 1730b, 1730c), 및 제2 메탈층(1740a, 1740b, 1740c)을 커버하도록 제2 반도체 기판(1710) 상에 배치되며, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.The interlayer insulating
워드라인 본딩 영역(WLBA)의 제2 메탈층(1740b) 상에 하부 본딩 메탈(1771b, 1772b)이 형성될 수 있다. 워드라인 본딩 영역(WLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(1771b, 1772b)은 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(1871b, 1872b)과 본딩 방식에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 하부 본딩 메탈(1771b, 1772b)과 상부 본딩 메탈(1871b, 1872b)은 알루미늄, 구리, 혹은 텅스텐 등으로 형성될 수 있다.
셀 영역(CELL)은 적어도 하나의 메모리 블록을 제공할 수 있다. 셀 영역(CELL)은 제1 반도체 기판(1810)과 공통 소스 라인(1820)을 포함할 수 있다. 제1 반도체 기판(1810) 상에는, 제1 반도체 기판(1810)의 상면에 수직하는 방향(Z축 방향)을 따라 복수의 워드라인들(1831-1838; 1830)이 적층될 수 있다. 워드라인들(1830)의 상부 및 하부 각각에는 스트링 선택 라인들과 접지 선택 라인이 배치될 수 있으며, 스트링 선택 라인들과 접지 선택 라인 사이에 복수의 워드라인들(1830)이 배치될 수 있다.The cell area CELL may provide at least one memory block. The cell region CELL may include a
비트라인 본딩 영역(BLBA)에서, 채널 구조물(CH)은 제1 반도체 기판(1810)의 상면에 수직하는 방향(Z축 방향)으로 연장되어 워드라인들(1830), 스트링 선택 라인들, 및 접지 선택 라인을 관통할 수 있다. 채널 구조물(CH)은 데이터 저장층, 채널층, 및 매립 절연층 등을 포함할 수 있으며, 채널층은 제1 메탈층(1850c) 및 제2 메탈층(1860c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 메탈층(1850c)은 비트라인 컨택일 수 있고, 제2 메탈층(1860c)은 비트라인일 수 있다. 일 실시예에서, 비트라인(1860c)은 제1 반도체 기판(1810)의 상면에 평행한 제3 방향(예컨대, Y 방향)을 따라 연장될 수 있다. In the bit line bonding area BLBA, the channel structure CH extends in a direction (Z-axis direction) perpendicular to the top surface of the
도 8에 도시한 일 실시예에서, 채널 구조물(CH)과 비트라인(1860c) 등이 배치되는 영역이 비트라인 본딩 영역(BLBA)으로 정의될 수 있다. 비트라인(1860c)은 비트라인 본딩 영역(BLBA)에서 주변 회로 영역(PERI)에서 페이지 버퍼(1893)를 제공하는 회로 소자들(1720c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 비트라인(1860c)은 주변 회로 영역(PERI)에서 상부 본딩 메탈(1871c, 1872c)과 연결되며, 상부 본딩 메탈(1871c, 1872c)은 페이지 버퍼(1893)의 회로 소자들(1720c)에 연결되는 하부 본딩 메탈(1771c, 1772c)과 연결될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 8 , an area where the channel structure CH and the
워드라인 본딩 영역(WLBA)에서, 워드라인들(1830)은 제3 방향에 수직하면서 제1 반도체 기판(1810)의 상면에 평행한 제2 방향(예컨대, X 방향)을 따라 연장될 수 있으며, 복수의 셀 컨택 플러그들(1841-1847; 1840)와 연결될 수 있다. 워드라인들(1830)과 셀 컨택 플러그들(1840)은, 제2 방향을 따라 워드라인들(1830) 중 적어도 일부가 서로 다른 길이로 연장되어 제공하는 패드들에서 서로 연결될 수 있다. 워드라인들(1830)에 연결되는 셀 컨택 플러그들(1840)의 상부에는 제1 메탈층(1850b)과 제2 메탈층(1860b)이 차례로 연결될 수 있다. 셀 컨택 플러그들(1840)은 워드라인 본딩 영역(WLBA)에서 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(1871b, 1872b)과 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(1771b, 1772b)을 통해 주변 회로 영역(PERI)과 연결될 수 있다. In the word line bonding area WLBA, the
셀 컨택 플러그들(1840)은 주변 회로 영역(PERI)에서 로우 디코더(1894)를 형성하는 회로 소자들(1720b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 로우 디코더(1894)를 형성하는 회로 소자들(1720b)의 동작 전압은, 페이지 버퍼(1893)를 형성하는 회로 소자들(1720c)의 동작 전압과 다를 수 있다. 일례로, 페이지 버퍼(1893)를 형성하는 회로 소자들(1720c)의 동작 전압이 로우 디코더(1894)를 형성하는 회로 소자들(1720b)의 동작 전압보다 클 수 있다.The cell contact plugs 1840 may be electrically connected to
외부 패드 본딩 영역(PA)에는 공통 소스 라인 컨택 플러그(1880)가 배치될 수 있다. 공통 소스 라인 컨택 플러그(1880)는 금속, 금속 화합물, 또는 폴리실리콘 등의 도전성 물질로 형성되며, 공통 소스 라인(1820)과 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 소스 라인 컨택 플러그(1880) 상부에는 제1 메탈층(1850a)과 제2 메탈층(1860a)이 차례로 적층될 수 있다. 일례로, 공통 소스 라인 컨택 플러그(1880), 제1 메탈층(1850a), 및 제2 메탈층(1860a)이 배치되는 영역은 외부 패드 본딩 영역(PA)으로 정의될 수 있다.A common source
한편 외부 패드 본딩 영역(PA)에는 입출력 패드들(1705, 1805)이 배치될 수 있다. 도 8을 참조하면, 제2 반도체 기판(1710)의 하부에는 제2 반도체 기판(1710)의 하면을 덮는 하부 절연막(1701) 이 형성될 수 있으며, 하부 절연막(1701) 상에 제2 입출력 패드(1705)가 형성될 수 있다. 제2 입출력 패드(1705)는 제2 입출력 컨택 플러그(1703)를 통해 주변 회로 영역(PERI)에 배치되는 복수의 회로 소자들(1720a, 1720b, 1720c) 중 적어도 하나와 연결되며, 하부 절연막(1701)에 의해 제2 반도체 기판(1710)과 분리될 수 있다. 또한, 제2 입출력 컨택 플러그(1703)와 제2 반도체 기판(1710) 사이에는 측면 절연막이 배치되어 제2 입출력 컨택 플러그(1703)와 제2 반도체 기판(1710)을 전기적으로 분리할 수 있다.Meanwhile, input/
도 8을 참조하면, 제1 반도체 기판(1810)의 상부에는 제1 반도체 기판(1810)의 상면을 덮는 상부 절연막(1801)이 형성될 수 있으며, 상부 절연막(1801) 상에 제1 입출력 패드(1805)가 배치될 수 있다. 제1 입출력 패드(1805)는 제1 입출력 컨택 플러그(1803)를 통해 주변 회로 영역(PERI)에 배치되는 복수의 회로 소자들(1720a, 1720b, 1720c) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 입출력 패드(1805)는 회로 소자(1720a)와 전기적으로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 8 , an upper insulating
실시예들에 따라, 제1 입출력 컨택 플러그(1803)가 배치되는 영역에는 제1 반도체 기판(1810) 및 공통 소스 라인(1820) 등이 배치되지 않을 수 있다. 또한, 제1 입출력 패드(1805)는 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 워드라인들(1880)과 오버랩되지 않을 수 있다. 도 5를 참조하면, 제1 입출력 컨택 플러그(1803)는 제1 반도체 기판(1810)의 상면에 평행한 방향에서 제1 반도체 기판(1810)과 분리되며, 셀 영역(CELL)의 층간 절연층(1815)을 관통하여 제1 입출력 패드(1805)에 연결될 수 있다. According to example embodiments, the
실시예들에 따라, 제2 입출력 패드(1705)와 제1 입출력 패드(1805)는 선택적으로 형성될 수 있다. 일례로, 비휘발성 메모리 장치(1000)는 하부 절연막(1701)의 상부에 배치되는 제2 입출력 패드(1705)만을 포함하거나, 또는 상부 절연막(1801)의 상부에 배치되는 제1 입출력 패드(1805)만을 포함할 수 있다. 또는, 비휘발성 메모리 장치(1000)가 제2 입출력 패드(1705)와 제1 입출력 패드(1805)를 모두 포함할 수도 있다.According to embodiments, the second input/
셀 영역(CELL)과 주변 회로 영역(PERI) 각각에 포함되는 외부 패드 본딩 영역(PA)과 비트라인 본딩 영역(BLBA) 각각에는 최상부 메탈층의 메탈 패턴이 더미 패턴(dummy pattern)으로 존재하거나, 최상부 메탈층이 비어있을 수 있다.In each of the external pad bonding area PA and the bit line bonding area BLBA included in the cell area CELL and the peripheral circuit area PERI, the metal pattern of the uppermost metal layer exists in a dummy pattern, or The top metal layer may be empty.
비휘발성 메모리 장치(1000)는 외부 패드 본딩 영역(PA)에서, 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 형성된 상부 메탈 패턴(1872a)에 대응하여 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 셀 영역(CELL)의 상부 메탈 패턴(1872a)과 동일한 형태의 하부 메탈 패턴(1773a)을 형성할 수 있다. 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴(1773a)은 주변 회로 영역(PERI)에서 별도의 컨택과 연결되지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 외부 패드 본딩 영역(PA)에서 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴(1773a)에 대응하여 셀 영역(CELL)의 상부 메탈층에 주변 회로 영역(PERI)의 하부 메탈 패턴(1773a)과 동일한 형태의 상부 메탈 패턴(1872a)을 형성할 수도 있다. In the
워드라인 본딩 영역(WLBA)의 제2 메탈층(1740b) 상에는 하부 본딩 메탈(1771b, 1772b)이 형성될 수 있다. 워드라인 본딩 영역(WLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(1771b, 1772b)은 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(1871b, 1872b)과 본딩 방식에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 비트라인 본딩 영역(BLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴(1752)에 대응하여 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 주변 회로 영역(PERI)의 하부 메탈 패턴(1752)과 동일한 형태의 상부 메탈 패턴(1892)을 형성할 수 있다. 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 형성된 상부 메탈 패턴(1892) 상에는 컨택을 형성하지 않을 수 있다.In addition, in the bit line bonding area BLBA, the uppermost metal layer of the cell area CELL corresponds to the
다만, 도 8에 도시된 비휘발성 메모리 장치(1000)는 웨이퍼 본딩 방식을 설명하기 위한 예시일 뿐 웨이퍼 본딩 방식에 따른 비휘발성 메모리 장치(1000)의 구조는 도 8에 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다.However, the
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다. 9 to 12 are views simply illustrating a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9 내지 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치들(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) 각각은 도 2에 도시된 비휘발성 메모리 장치(100)에 대응할 수 있다. Each of the
각 실시예들에서 페이지 버퍼는 제1 방향(예컨대, Z 방향)으로 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 메모리 셀 스트링과 1:1로 연결되도록 페이지 버퍼를 배치함으로써, 페이지 버퍼로부터 데이터를 출력하는 속도가 페이지 버퍼로 데이터를 인가하는 속도보다 느리더라도 비어있는 페이지 버퍼에 지속적으로 데이터를 저장할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않으며, 페이지 버퍼 및/또는 주변 회로들의 구조 및 배치는 실시예에 따라 달라질 수 있다.In each embodiment, the page buffer may include a plurality of vertical transistors defined by a source region, a channel region, and a drain region sequentially stacked in a first direction (eg, Z direction). Accordingly, by arranging the page buffer to be connected 1:1 to the memory cell string, even if the speed of outputting data from the page buffer is slower than the speed of applying data to the page buffer, data can be continuously stored in the empty page buffer. there is. However, this is only one embodiment and is not limited, and the structure and arrangement of the page buffer and/or peripheral circuits may vary depending on the embodiment.
도 9를 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(200)는 제1 반도체 기판(211) 및 메모리 셀 영역(212)을 포함하는 제1 반도체 구조물(210), 제2 반도체 기판(221) 및 페이지 버퍼(222)를 포함하는 제2 반도체 구조물(220), 및 제3 반도체 기판(231), 버퍼 메모리(232), 및 주변 회로들, 예컨대 로우 디코더(223), 감지 증폭기(233), 멀티플렉서(235), 및 기타 주변 회로들(234)을 포함하는 제3 반도체 구조물(230)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
한편, 페이지 버퍼(222)는 메모리 셀의 값을 센싱하기 위해 메모리 셀(CELL)의 연결 부위와 가장 먼저 연결될 수 있다. 즉, 페이지 버퍼(222)와 복수의 메모리 셀들 사이의 연결 거리는 다른 주변 회로들과 복수의 메모리 셀들 사이의 연결 거리보다 가까울 수 있다.Meanwhile, the
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(200)에서, 페이지 버퍼(222)는 복수의 메모리 셀들과 직접 연결되는 센싱 페이지 버퍼(222a), 및 센싱 페이지 버퍼(222a)와 직렬로 연결되는 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼(222b)를 포함할 수 있다. In the
복수의 메모리 셀들 각각에 대응하는 센싱 페이지 버퍼(222a) 및 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼(222b)는 제1 방향(예컨대, Z 방향)으로 나란히 배치될 수 있다. 이 때, 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼(222b) 중 센싱 페이지 버퍼(222a)와 가장 멀리 연결된 일반 페이지 버퍼(222b)는 비트 라인(BL)에 연결될 수 있다. The
입출력 인터페이스를 통해 외부 장치(10)로부터 입력된 데이터는 버퍼 메모리(232)에 저장된 후 페이지 버퍼(222)를 거쳐 복수의 메모리 셀들에 프로그램될 수 있다. 다만, 멀티플렉서(235)는 입력되는 데이터의 특성에 기초하여 버퍼 메모리(232)를 경유할 것인지 여부를 결정할 수 있다. Data input from the
일례로, 버퍼 메모리(232)에 포함된 모든 메모리 셀들에 데이터가 저장된 상태인 경우, 멀티플렉서(235)는 버퍼 메모리(232)를 경유하지 않고 복수의 메모리 셀들에 외부 장치(10)로부터 입력된 데이터를 저장하도록 동작할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 멀티플렉서(235)의 동작은 데이터의 용량, 액세스 주기 등의 특성에 따라 달라질 수 있다. 또한, 멀티플렉서(235)는 리드 동작에서도 유사한 방식으로 데이터의 처리 경로를 설정하는 디멀티플렉서를 포함할 수 있다.For example, when data is stored in all memory cells included in the
도 10 및 도 11을 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(300, 400)는 제1 반도체 기판(311, 411) 및 메모리 셀 영역(312, 412)을 포함하는 제1 반도체 구조물(310, 410), 제2 반도체 기판(321, 421) 및 페이지 버퍼(322, 422)를 포함하는 제2 반도체 구조물(320, 420), 및 제3 반도체 기판(331, 431), 버퍼 메모리(332, 432), 및 주변 회로들, 예컨대 로우 디코더(323, 423), 감지 증폭기(333, 433), 멀티플렉서(335, 435), 및 기타 주변 회로들(334, 434)을 포함하는 제3 반도체 구조물(330, 430)을 포함할 수 있다.10 and 11 ,
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(300, 400)에서, 페이지 버퍼(322, 422)는 복수의 메모리 셀들(CELL) 및 비트 라인(BL) 사이에 연결되는 센싱 페이지 버퍼(322a, 422a)를 포함할 수 있다. 한편, 페이지 버퍼(322, 422)는 센싱 페이지 버퍼(322a, 422a)와 연결되는 일반 페이지 버퍼(322b, 422b)를 더 포함할 수 있다.In the
도 10을 참조하면, 비휘발성 메모리 센서(300)의 일반 페이지 버퍼(322b)는 제2 반도체 구조물(320)에 포함될 수 있다. 이 때, 복수의 메모리 셀들과 버퍼 메모리(332)의 입출력 인터페이스는 공유될 수 있다.Referring to FIG. 10 , the
도 11을 참조하면, 비휘발성 메모리 센서(400)의 일반 페이지 버퍼(422b)는 제3 반도체 구조물(430)에 포함될 수 있다. 이 때, 복수의 메모리 셀들과 버퍼 메모리(432)의 입출력 인터페이스는 개별적으로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 11 , the
도 12를 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(500)는 제1 반도체 기판(511) 및 메모리 셀 영역(512)을 포함하는 제1 반도체 구조물(510), 제2 반도체 기판(521) 및 페이지 버퍼(522)를 포함하는 제2 반도체 구조물(520), 및 제3 반도체 기판(531), 버퍼 메모리(532), 및 주변 회로들, 예컨대 로우 디코더(523), 감지 증폭기(533), 멀티플렉서(535), 및 기타 주변 회로들(534)을 포함하는 제3 반도체 구조물(530)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12 , the
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(500)에서, 페이지 버퍼(522)는 복수의 메모리 셀들과 직접 연결되는 센싱 페이지 버퍼(522a), 및 센싱 페이지 버퍼(522a)와 제1 방향(예컨대, Z 방향)으로 직렬 연결되는 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼(522b)를 포함할 수 있다. In the
한편, 비휘발성 메모리 장치(500)의 페이지 버퍼(522)는 버퍼 메모리(532)의 메모리 셀과 연결되어 데이터를 주고받을 수 있다. 데이터 전송은 페이지 버퍼(522)가 형성된 제2 반도체 기판(521)의 주변 회로들에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼(522b) 중 센싱 페이지 버퍼(522a)와 가장 멀리 연결된 일반 페이지 버퍼(522b)는 데이터 전송을 제어하기 위한 제어 라인(CL)에 연결될 수 있다. 이 때, 제어 라인(CL)과 비트 라인(BL) 사이에는 버퍼 메모리(532)가 연결될 수 있다. Meanwhile, the
일례로, 버퍼 메모리(532)와 로우 디코더(523), 기타 주변 회로들을 포함하는 로직 회로는 제1 방향에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.For example, a logic circuit including a
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다. 도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다. 도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 간단히 도시한 도면들이다.13 and 14 are diagrams simply illustrating a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. 15 and 16 are diagrams simply illustrating a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. 17 and 18 are schematic diagrams illustrating a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 13 내지 도 18를 참조하면, 일 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치들(600, 700, 800) 각각은 도 9에 도시된 비휘발성 메모리 장치(200)에 대응할 수 있다. Referring to FIGS. 13 to 18 , each of the
한편, 제1 반도체 기판(611, 711, 811) 및 메모리 셀 영역(612, 712, 812)을 포함하는 제1 반도체 구조물(610, 710, 810)의 구조, 및 제1 반도체 구조물(610, 710, 810), 제2 반도체 구조물(620, 720, 820), 및 제3 반도체 구조물(630, 730, 830) 사이의 연결 관계는 도 3에 도시된 비휘발성 메모리 장치(100)에 대응할 수 있다.Meanwhile, the structure of the
도 13 및 도 14에 도시된 비휘발성 메모리 장치(600), 도 15 및 도 16에 도시된 비휘발성 메모리 장치(700), 및 도 17 및 도 18에 도시된 비휘발성 메모리 장치(800) 각각에 포함된 제3 반도체 구조물(630, 730, 830)은 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들을 포함할 수 있다.The
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(600)에서, 페이지 버퍼(622)가 배치되는 제2 반도체 기판(621)의 하부에는 로우 디코더(623) 및 기타 주변 회로들(634)이 배치될 수 있다. 이 때, 로우 디코더(623) 및 기타 주변 회로들(634)은 페이지 버퍼(622)와 마찬가지로 제1 방향에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 수직 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 기타 주변 회로들(634)은 커맨드(CMD), 어드레스(ADDR), 컨트롤(CTRL) 신호를 전달받으며 외부 호스트와 데이터를 주고받을 수 있다.13 and 14 , in the
페이지 버퍼(622)의 크기는 비휘발성 메모리 장치(600)의 저장 용량 증가에 의해 가장 많은 영향을 받으므로 가장 넓은 영역에 배열될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(600)에서, 페이지 버퍼(622)를 제2 반도체 기판(621)의 넓은 영역에 형성하고, 제2 반도체 기판(621) 하부에 로우 디코더(623) 및 기타 주변 회로들(634)을 배치하여 페이지 버퍼(622)의 공간 활용을 극대화할 수 있다.Since the size of the
한편, 로우 디코더(623)와 기타 주변 회로들(634)은 동일한 레이어에 형성함으로써 비휘발성 메모리 장치(600)의 제1 방향 길이 증가를 최소화할 수 있다. Meanwhile, by forming the
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(700)에서, 페이지 버퍼(722)가 배치되는 제2 반도체 기판(721)의 하부에는 로우 디코더(723) 및 기타 주변 회로들(734)이 배치될 수 있고, 그 하부에는 추가 회로들(736)이 배치될 수 있다. 즉, 제3 반도체 구조물(730)은 주변 회로들과 버퍼 메모리(732) 사이에 배치되는 추가 회로들(736)을 더 포함할 수 있다.15 and 16, in a
이 때, 로우 디코더(723), 기타 주변 회로들(734), 및 추가 회로들(736)은 페이지 버퍼(722)와 마찬가지로 제1 방향에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 수직 트랜지스터들을 포함할 수 있다.At this time, the
일례로, 추가 회로들(736)은 페이지 버퍼(722)에 저장된 값에 대한 MAC(Multiply and Accumulate) 연산을 수행하는 인공지능(AI) 기능 회로 및/또는 페이지 버퍼(722)에 저장된 값에 대한 오류 정정 코드(ECC)의 연산을 수행하는 오류 정정 코드(ECC) 기능 회로 등을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 추가 회로들(736)은 다양한 기능을 수행하도록 설계될 수 있다.In one example,
본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(700)는 다른 회로들과 별도의 레이어에 수직 트랜지스터를 포함하는 추가 회로들(736)을 배치함으로써, 면적에 제한되지 않고 새로운 기능을 자유롭게 추가할 수 있다. 특히, 메모리 컨트롤러에 의해 수행되던 기능을 비휘발성 메모리 장치(700)에서 수행하는 경우, 비휘발성 메모리 장치(700) 자체의 성능을 향상시킬 수 있다.In the
일례로, 추가 회로(736)가 오류 정정 코드(ECC) 기능 회로인 경우, 추가 회로(736)는 리드 데이터에 대한 오류 검출 및 정정 기능을 수행하기 위해 페이지 버퍼(722)보다 입출력 인터페이스에 가깝게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 추가 회로(736)는 비휘발성 메모리 장치(700)에 기입될 기입 데이터에 대하여 패리티 비트(parity bit)들을 생성할 수 있으며, 이와 같이 생성된 패리티 비트들은 기입 데이터와 함께 저장될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(700)에서의 데이터 리드 동작 시, 추가 회로(736)는 리드 데이터와 함께 리드되는 패리티 비트들을 이용하여 리드 데이터의 에러를 정정하고, 에러가 정정된 리드 데이터를 출력할 수 있다.As an example, if
일례로, 추가 회로(736)가 인공지능(AI) 기능 회로인 경우, 추가 회로(736)는 페이지 버퍼(722)에서 출력된 값을 바로 계산하므로 페이지 버퍼(722)에 가깝게 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.For example, when the
도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치(800)에서, 페이지 버퍼(822)가 배치되는 제2 반도체 기판(821)의 하부에는 로우 디코더(823)가 배치될 수 있고, 그 하부에는 기타 주변 회로들(834)이 배치될 수 있다. 즉, 로우 디코더(823)는 기타 주변 회로들(834)의 상부에서 별도의 레이어에 배치될 수도 있다.17 and 18, in a
도 19a 내지 도 19e는 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.19A to 19E are diagrams for explaining a process of manufacturing a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.
도 19a 내지 도 19e는 도 2 및 도 3에 도시된 비휘발성 메모리 장치(100)의 제조 과정을 간단히 나타낸 도면들일 수 있다. 도 19a 내지 도 19e의 제조 과정은 다른 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치들(200, 300, 400, 500, 600, 700, 800)에도 유사하게 적용될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 비휘발성 메모리 장치(100)에 포함된 제1 반도체 구조물(110), 제2 반도체 구조물(120), 및 제3 반도체 구조물(130)은 순서에 상관없이 독립적으로 제조될 수 있다.19A to 19E may be views simply illustrating a manufacturing process of the
도 19a를 참조하면, 제1 반도체 구조물(110)에서, 제1 반도체 기판(111) 상에는 게이트 전극들 및 채널 구조물들(CH)을 포함하는 메모리 셀 영역(112)이 형성될 수 있다. 이 때, 메모리 셀 영역(112)의 상부에는 제1 반도체 구조물(110)을 다른 구조물과 접합하기 위한 제1 메탈 패드(119)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 19A , in the
도 19b를 참조하면, 제2 반도체 구조물(120)에서, 제2 반도체 기판(121) 상에는 페이지 버퍼(122) 및 로우 디코더(123)를 포함하는 주변 회로 영역이 형성될 수 있다. 이 때, 주변 회로 영역의 상부에는 제2 반도체 구조물(120)을 제1 반도체 구조물(110)과 접합하기 위한 제2 메탈 패드(129)가 형성될 수 있다. 일례로, 제2 메탈 패드(129)의 위치는 제1 메탈 패드(119)의 위치에 대응할 수 있다. Referring to FIG. 19B , in the
전술한 바와 같이, 제2 반도체 기판(121)의 하부에는 페이지 버퍼(122) 및/또는 로우 디코더(123)를 외부 회로와 전기적으로 연결하기 위한 컨택 패드(128)가 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 컨택 패드(128)는 제1 반도체 기판(111)의 하면에 배치될 수도 있다.As described above,
도 19c를 참조하면, 제2 반도체 구조물(120)에는 제2 반도체 기판(121)을 관통하는 연결 구조물(140a)이 형성될 수 있다. 일례로, 연결 구조물(140a)은 제2 반도체 구조물(120)의 로우 디코더(123)와 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 연결 구조물(140a)은 제2 반도체 구조물(120)의 페이지 버퍼(122)와 연결될 수도 있다.Referring to FIG. 19C , a
도 19d를 참조하면, 제3 반도체 구조물(130)에서, 제3 반도체 기판(131) 상에는 제3 반도체 기판(131)을 관통하는 연결 비아(138)를 통해 제3 메탈 패드(139)와 연결되는 기타 주변 회로들(134)이 형성될 수 있다. 이 때, 기타 주변 회로들(134)의 일 측에는 버퍼 메모리(132)가 배치될 수 있다. 제3 반도체 구조물(130)의 상부에는 제3 반도체 구조물(130)을 제2 반도체 구조물(120)과 접합하기 위한 연결 구조물(140b)이 형성될 수 있다. 일례로, 제3 반도체 구조물(130)에 포함된 연결 구조물(140b)의 위치는 제2 반도체 구조물(120)에 포함된 연결 구조물(140a)의 위치에 대응할 수 있다.Referring to FIG. 19D, in the
도 19e를 참조하면, 도 19a 내지 도 19d를 거쳐 제조된 제1 반도체 구조물(110), 제2 반도체 구조물(120), 및 제3 반도체 구조물(130)은 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 적층되도록 접합될 수 있다. 일례로, 제1 반도체 구조물(110)은 제1 메탈 패드(119) 및 제2 메탈 패드(129)의 접합을 통해 제2 반도체 구조물(120)과 접합될 수 있다. 또한, 제2 반도체 구조물(120)은 연결 구조물들(140a, 140b)의 접합을 통해 제3 반도체 구조물(130)과 접합될 수 있다.Referring to FIG. 19E, the
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 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.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: 비휘발성 메모리 장치
110: 제1 반도체 구조물
111: 제1 반도체 기판
112: 메모리 셀 영역
119: 제1 메탈 패드
120: 제2 반도체 구조물
121: 제2 반도체 기판
122: 페이지 버퍼
222a: 센싱 페이지 버퍼
222b: 일반 페이지 버퍼
123: 로우 디코더
128: 컨택 패드
129: 제2 메탈 패드
130: 제3 반도체 구조물
131: 제3 반도체 기판
132: 버퍼 메모리
133: 감지 증폭기
134: 기타 주변 회로들
135: 멀티플렉서
736: 추가 회로들
138: 연결 비아
139: 제3 메탈 패드
140: 연결 구조물
150: 주변 회로 영역
151: 입출력 버퍼
152: 전압 발생기
153: 제어 로직 회로
10: 외부 장치100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: non-volatile memory device
110: first semiconductor structure 111: first semiconductor substrate
112: memory cell area 119: first metal pad
120: second semiconductor structure 121: second semiconductor substrate
122:
222b: general page buffer 123: raw decoder
128: contact pad 129: second metal pad
130: third semiconductor structure 131: third semiconductor substrate
132
134: other peripheral circuits 135: multiplexer
736
139: third metal pad 140: connection structure
150: peripheral circuit area 151: input/output buffer
152
10: external device
Claims (10)
제2 반도체 기판, 상기 제2 반도체 기판 상에 배치되는 페이지 버퍼, 및 상기 제1 메탈 패드와 접합하는 제2 메탈 패드를 포함하는 제2 반도체 구조물; 및
제3 반도체 기판, 상기 제3 반도체 기판 상에 형성되는 버퍼 메모리 및 주변 회로들, 및 상기 제3 반도체 기판을 관통하는 연결 비아를 통해 상기 주변 회로들과 연결되는 제3 메탈 패드를 포함하는 제3 반도체 구조물; 을 포함하고,
상기 제2 반도체 구조물 및 상기 제3 반도체 구조물은 상기 제2 반도체 기판을 관통하는 연결 구조물에 의해 서로 연결되며, 상기 페이지 버퍼는 상기 제1 반도체 구조물, 상기 제2 반도체 구조물, 및 상기 제3 반도체 구조물이 연결되는 제1 방향에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치.
a first semiconductor substrate, a memory cell region including a plurality of memory cells disposed on the first semiconductor substrate, and a first metal pad disposed on the memory cell region, wherein the plurality of memory cells are connected to each other a first semiconductor structure defined by spaced apart stacked gate electrodes and channel structures penetrating the gate electrodes and connected to the first semiconductor substrate;
a second semiconductor structure including a second semiconductor substrate, a page buffer disposed on the second semiconductor substrate, and a second metal pad bonded to the first metal pad; and
a third semiconductor substrate, a buffer memory and peripheral circuits formed on the third semiconductor substrate, and a third metal pad connected to the peripheral circuits through connection vias penetrating the third semiconductor substrate; semiconductor structures; including,
The second semiconductor structure and the third semiconductor structure are connected to each other by a connection structure penetrating the second semiconductor substrate, and the page buffer includes the first semiconductor structure, the second semiconductor structure, and the third semiconductor structure. A nonvolatile memory device including a plurality of vertical transistors defined by a source region, a channel region, and a drain region sequentially stacked in a first direction connected thereto.
상기 제2 반도체 구조물은 양측에 상기 페이지 버퍼가 배치되는 로우 디코더를 더 포함하는 비휘발성 메모리 장치.
According to claim 1,
The second semiconductor structure further comprises a row decoder on both sides of which the page buffer is disposed.
상기 페이지 버퍼는 상기 복수의 메모리 셀들과 직접 연결되는 센싱 페이지 버퍼, 및 상기 센싱 페이지 버퍼와 직렬로 연결되는 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼를 포함하고,
상기 복수의 메모리 셀들 각각에 대응하는 상기 센싱 페이지 버퍼 및 상기 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼는 상기 제1 방향으로 나란히 배치되는 비휘발성 메모리 장치.
According to claim 1,
The page buffer includes a sensing page buffer directly connected to the plurality of memory cells and at least one general page buffer connected in series with the sensing page buffer;
The sensing page buffer and the at least one normal page buffer corresponding to each of the plurality of memory cells are arranged side by side in the first direction.
상기 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼 중 상기 센싱 페이지 버퍼와 가장 멀리 연결된 일반 페이지 버퍼는 비트 라인에 연결되는 비휘발성 메모리 장치.
According to claim 3,
A general page buffer furthest from the sensing page buffer among the at least one general page buffer is connected to a bit line.
상기 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼 중 상기 센싱 페이지 버퍼와 가장 멀리 연결된 일반 페이지 버퍼는 데이터 전송을 제어하기 위한 제어 라인에 연결되고, 상기 제3 반도체 구조물에 포함된 상기 버퍼 메모리는 상기 제어 라인과 비트 라인 사이에 연결되는 비휘발성 메모리 장치.
According to claim 3,
Among the at least one general page buffer, a normal page buffer that is furthest away from the sensing page buffer is connected to a control line for controlling data transfer, and the buffer memory included in the third semiconductor structure includes the control line and the bit line. A non-volatile memory device connected between
상기 페이지 버퍼는 상기 복수의 메모리 셀들 및 비트 라인 사이에 연결되는 센싱 페이지 버퍼를 포함하는 비휘발성 메모리 장치.
According to claim 1,
The page buffer includes a sensing page buffer connected between the plurality of memory cells and a bit line.
상기 제3 반도체 구조물은 상기 센싱 페이지 버퍼와 연결되는 적어도 하나의 일반 페이지 버퍼를 더 포함하는 비휘발성 메모리 장치.
According to claim 6,
The third semiconductor structure further comprises at least one general page buffer connected to the sensing page buffer.
제2 반도체 기판, 상기 제2 반도체 기판 상에 배치되는 페이지 버퍼, 및 상기 제1 메탈 패드와 접합하는 제2 메탈 패드를 포함하는 제2 반도체 구조물; 및
제3 반도체 기판, 상기 제3 반도체 기판 상에 형성되는 버퍼 메모리, 상기 버퍼 메모리의 상부에 배치되는 주변 회로들, 및 상기 제3 반도체 기판을 관통하는 연결 비아를 통해 상기 주변 회로들과 연결되는 제3 메탈 패드를 포함하고, 상기 제2 반도체 기판을 관통하는 연결 구조물에 의해 상기 제2 반도체 구조물과 연결되는 제3 반도체 구조물; 을 포함하고,
상기 주변 회로들은 상기 페이지 버퍼와 연결되는 로우 디코더, 및 상기 복수의 메모리 셀들을 제어하는 기타 주변 회로들을 포함하며, 상기 제3 반도체 구조물은 상기 제1 반도체 구조물, 상기 제2 반도체 구조물, 및 상기 제3 반도체 구조물이 연결되는 제1 방향에서 순차적으로 적층된 소오스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역에 의해 정의되는 복수의 수직 트랜지스터들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치.
a first semiconductor substrate, a memory cell region including a plurality of memory cells disposed on the first semiconductor substrate, and a first metal pad disposed on the memory cell region, wherein the plurality of memory cells are connected to each other a first semiconductor structure defined by spaced apart stacked gate electrodes and channel structures penetrating the gate electrodes and connected to the first semiconductor substrate;
a second semiconductor structure including a second semiconductor substrate, a page buffer disposed on the second semiconductor substrate, and a second metal pad bonded to the first metal pad; and
A third semiconductor substrate, a buffer memory formed on the third semiconductor substrate, peripheral circuits disposed on the buffer memory, and a third connected to the peripheral circuits through connection vias penetrating the third semiconductor substrate. a third semiconductor structure including three metal pads and connected to the second semiconductor structure by a connection structure penetrating the second semiconductor substrate; including,
The peripheral circuits include a row decoder connected to the page buffer and other peripheral circuits for controlling the plurality of memory cells, and the third semiconductor structure includes the first semiconductor structure, the second semiconductor structure, and the first semiconductor structure. A non-volatile memory device including a plurality of vertical transistors defined by a source region, a channel region, and a drain region sequentially stacked in a first direction in which three semiconductor structures are connected.
상기 제3 반도체 구조물은 상기 주변 회로들과 상기 버퍼 메모리 사이에 배치되는 추가 회로들을 포함하고,
상기 추가 회로들은, 상기 페이지 버퍼에 저장된 값에 대한 오류 정정 코드(Error Correction Code, ECC)의 연산을 수행하는 회로 및 상기 페이지 버퍼에 저장된 값에 대한 MAC(Multiply and Accumulate) 연산을 수행하는 회로 중 적어도 하나를 포함하는 비휘발성 메모리 장치.
According to claim 8,
The third semiconductor structure includes additional circuits disposed between the peripheral circuits and the buffer memory,
The additional circuits are selected from among a circuit that performs an Error Correction Code (ECC) operation on the values stored in the page buffer and a multiply and accumulate (MAC) operation on the values stored in the page buffer. A non-volatile memory device comprising at least one.
상기 로우 디코더는 상기 주변 회로들의 상부에 배치되는 비휘발성 메모리 장치.According to claim 8,
The row decoder is disposed above the peripheral circuits.
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