WO2021246825A1 - Three-dimensional flash memory based on ferroelectric material and operating method thereof - Google Patents

Three-dimensional flash memory based on ferroelectric material and operating method thereof Download PDF

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WO2021246825A1
WO2021246825A1 PCT/KR2021/007027 KR2021007027W WO2021246825A1 WO 2021246825 A1 WO2021246825 A1 WO 2021246825A1 KR 2021007027 W KR2021007027 W KR 2021007027W WO 2021246825 A1 WO2021246825 A1 WO 2021246825A1
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flash memory
string
target
word lines
voltage
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PCT/KR2021/007027
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Korean (ko)
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송윤흡
최선준
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한양대학교 산학협력단
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B51/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors
    • H10B51/20Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors characterised by the three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B51/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors
    • H10B51/30Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors characterised by the memory core region

Definitions

  • the following embodiments relate to a three-dimensional flash memory, and more particularly, a description of a three-dimensional flash memory based on a ferroelectric material and a program operation method thereof.
  • a flash memory device is an Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), the memory being, for example, a computer, a digital camera, an MP3 player, a game system, a memory stick. ) can be commonly used. Such a flash memory device electrically controls input/output of data by Fowler-Nordheimtunneling or hot electron injection.
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
  • the three-dimensional flash memory array includes a common source line CSL, a bit line BL, and a common source line CSL and a bit line BL.
  • ) may include a plurality of cell strings (CSTR) disposed between.
  • the bit lines are two-dimensionally arranged, and a plurality of cell strings CSTR are connected in parallel to each of the bit lines.
  • the cell strings CSTR may be commonly connected to the common source line CSL. That is, a plurality of cell strings CSTR may be disposed between the plurality of bit lines and one common source line CSL. In this case, there may be a plurality of common source lines CSL, and the plurality of common source lines CSL may be two-dimensionally arranged.
  • the same voltage may be applied to the plurality of common source lines CSL, or each of the plurality of common source lines CSL may be electrically controlled.
  • Each of the cell strings CSTR includes a ground select transistor GST connected to the common source line CSL, a string select transistor SST connected to the bit line BL, and ground and string select transistors GST and SST. ) may be formed of a plurality of memory cell transistors MCT disposed between. In addition, the ground select transistor GST, the string select transistor SST, and the memory cell transistors MCT may be connected in series.
  • the common source line CSL may be commonly connected to sources of the ground select transistors GST.
  • the ground select line GSL, the plurality of word lines WL0 - WL3 and the plurality of string select lines SSL disposed between the common source line CSL and the bit line BL are ground selectable. It may be used as electrode layers of the transistor GST, the memory cell transistors MCT, and the string select transistors SST, respectively.
  • each of the memory cell transistors MCT includes a memory element.
  • the string selection line SSL may be expressed as an upper selection line USL
  • the ground selection line GSL may be expressed as a lower selection line LSL.
  • the conventional 3D flash memory increases the degree of integration by vertically stacking cells in order to meet the excellent performance and low price demanded by consumers.
  • interlayer insulating layers 211 and horizontal structures 250 are alternately formed on a substrate 200 .
  • Repeatedly formed electrode structures 215 are disposed and manufactured.
  • the interlayer insulating layers 211 and the horizontal structures 250 may extend in the first direction.
  • the interlayer insulating layers 211 may be, for example, a silicon oxide layer, and the lowermost interlayer insulating layer 211a of the interlayer insulating layers 211 may have a thickness smaller than that of the other interlayer insulating layers 211 .
  • Each of the horizontal structures 250 may include first and second blocking insulating layers 242 and 243 and an electrode layer 245 .
  • a plurality of electrode structures 215 may be provided, and the plurality of electrode structures 215 may be disposed to face each other in a second direction crossing the first direction.
  • the first and second directions may correspond to the x-axis and the y-axis of FIG. 2 , respectively.
  • Trenches 240 separating the plurality of electrode structures 215 may extend in the first direction.
  • Highly doped impurity regions may be formed in the substrate 200 exposed by the trenches 240 , so that a common source line CSL may be disposed.
  • isolation insulating layers filling the trenches 240 may be further disposed.
  • Vertical structures 230 penetrating the electrode structure 215 may be disposed.
  • the vertical structures 230 may be arranged in a matrix form along the first and second directions.
  • the vertical structures 230 may be arranged in the second direction, and may be arranged in a zigzag shape in the first direction.
  • Each of the vertical structures 230 may include a passivation layer 224 , a charge storage layer 225 , a tunnel insulating layer 226 , and a channel layer 227 .
  • the channel layer 227 may be disposed in a hollow tube shape therein, and in this case, a buried film 228 filling the inside of the channel layer 227 may be further disposed.
  • a drain region D may be disposed on the channel layer 227 , and a conductive pattern 229 may be formed on the drain region D to be connected to the bit line BL.
  • the bit line BL may extend in a direction crossing the horizontal electrodes 250 , for example, in a second direction.
  • the vertical structures 230 aligned in the second direction may be connected to one bit line BL.
  • the first and second blocking insulating layers 242 and 243 included in the horizontal structures 250 and the charge storage layer 225 and the tunnel insulating layer 226 included in the vertical structures 230 are the 3D flash memory. It can be defined as an oxide-nitride-oxide (ONO) layer that is an information storage element. That is, some of the information storage elements may be included in the vertical structures 230 , and others may be included in the horizontal structures 250 . For example, among the information storage elements, the charge storage layer 225 and the tunnel insulating layer 226 are included in the vertical structures 230 , and the first and second blocking insulating layers 242 and 243 are the horizontal structures 250 . can be included in
  • Epitaxial patterns 222 may be disposed between the substrate 200 and the vertical structures 230 .
  • the epitaxial patterns 222 connect the substrate 200 and the vertical structures 230 .
  • the epitaxial patterns 222 may contact the horizontal structures 250 of at least one layer. That is, the epitaxial patterns 222 may be disposed to be in contact with the lowermost horizontal structure 250a.
  • the epitaxial patterns 222 may be disposed to contact the horizontal structures 250 of a plurality of layers, for example, two layers. Meanwhile, when the epitaxial patterns 222 are disposed to be in contact with the lowermost horizontal structure 250a , the lowermost horizontal structure 250a may be disposed to be thicker than the remaining horizontal structures 250 .
  • the lowermost horizontal structure 250a in contact with the epitaxial patterns 222 may correspond to the ground selection line GSL of the 3D flash memory array described with reference to FIG. 1 , and the vertical structures 230 .
  • the remaining horizontal structures 250 in contact with may correspond to a plurality of word lines WL0-WL3.
  • Each of the epitaxial patterns 222 has a recessed sidewall 222a. Accordingly, the lowermost horizontal structure 250a in contact with the epitaxial patterns 222 is disposed along the profile of the recessed sidewall 222a. That is, the lowermost horizontal structure 250a may be disposed in a convex shape inward along the recessed sidewalls 222a of the epitaxial patterns 222 .
  • the conventional three-dimensional flash memory having such a structure generally uses an ONO layer as an information storage element (charge storage layer) as described above, and the vertical cell current decreases as the number of vertical memory cells increases. There is a problem of characteristic deterioration.
  • One embodiment proposes a technique for a program operation in a three-dimensional flash memory using a ferroelectric material as an information storage element.
  • embodiments provide a 3D flash memory that performs a hole injection-based memory operation by a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon in at least one selection line, rather than applying a voltage to the substrate.
  • GIDL gate induced drain leakage
  • some embodiments propose a 3D flash memory that performs a program operation in response to a negative program voltage being applied to a selected word line of a target memory cell, and a method of operating the same.
  • the 3D flash memory in the 3D flash memory, at least one string extending in one direction on a substrate, the at least one string extending in the one direction, and the channel layer extending in the one direction to surround the channel layer including a charge storage layer formed to extend to -; at least one selection line vertically connected to an upper end or lower end of the at least one string; and a plurality of word lines vertically connected to the at least one string while being positioned above or below the at least one selection line, wherein the 3D flash memory includes a GIDL (Gate) in the at least one selection line. It is characterized in that the memory operation based on hole injection by the induced drain leakage phenomenon is performed.
  • a hole is injected into the channel layer by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of the bit line positioned above the at least one string and the at least one selection line, and Based on the diffusion, it may be characterized in that a hole injection-based program operation is performed on the at least one string.
  • a power voltage is applied to a bit line of a target string including a target memory cell and a GIDL having a value smaller than the power supply voltage is applied to at least one selection line connected to the target string.
  • a selective hole injection-based program operation may be performed on the target memory cell based on the GIDL phenomenon.
  • the 3D flash memory may include a voltage applied to a bit line of a first adjacent string sharing at least one selection line with the target string and a second adjacent bit line sharing the target string and a bit line.
  • a selective hole for controlling a voltage applied to at least one selection line connected to a string so that the hole is not injected into each of the first adjacent string and the second adjacent string and the hole is injected only into the target string It may be characterized in that the injection-based program operation is performed.
  • the 3D flash memory prevents the hole from being injected into the first adjacent string in response to a voltage having a value smaller than the power supply voltage being applied to the bit line of the first adjacent string.
  • a selective hole injection-based program operation may be performed so that the hole is injected only into the target string by the GIDL phenomenon.
  • a selective hole injection-based program operation may be performed so that the hole is injected only into the target string by the GIDL phenomenon.
  • the charge storage layer may be formed of a ferroelectric material.
  • the ferroelectric material is doped with at least one material of HfO x , Al, Zr, or Si having an orthorhombic crystal structure HfO x , PZT(Pb(Zr, Ti)O 3 ), PTO(PbTiO 3 ), SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti) O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x may be characterized as comprising at least one.
  • the 3D flash memory includes a plurality of strings extending in one direction on a substrate, each of the plurality of strings extending in the one direction and forming the channel layer to surround the channel layer. comprising a charge storage layer extending in a direction and configuring a plurality of memory cells respectively corresponding to a plurality of word lines; and the plurality of word lines vertically connected to each of the plurality of strings, wherein a negative program voltage (negative) is applied to a selected word line corresponding to a target memory cell to be subjected to a program operation among the plurality of word lines. program voltage) is applied, the program operation may be performed.
  • the 3D flash memory may include a difference between the negative program voltage applied to the selected word line and a ground voltage applied to a bit line of a selected string including the target memory cell among the plurality of strings.
  • the program operation may be performed on the target memory cell by forming a channel in the selected string through a potential difference.
  • each of the unselected adjacent word lines corresponding to the adjacent memory cells adjacent to the target memory cell among the plurality of word lines is floated or the unselected adjacent word lines a first pass voltage in each of the plurality of word lines, wherein the first pass voltage is a voltage applied to each of the unselected word lines excluding the target word line and the unselected adjacent word lines among the plurality of word lines.
  • the two-pass voltage it may be characterized in that the breakdown between the selected word line and the non-selected adjacent word lines is improved.
  • neighboring memory cells adjacent to the adjacent memory cells among the unselected word lines include the target memory cell in each of the adjacent memory cells;
  • the target memory cell By turning on the adjacent memory cells to a fringing field by the first pass voltage applied to unselected neighboring word lines corresponding to including adjacent memory cells, the target memory cell It may be characterized in that the program operation is performed for
  • the charge storage layer may be formed of a ferroelectric material.
  • the ferroelectric material is doped with at least one material of HfO x , Al, Zr, or Si having an orthorhombic crystal structure HfO x , PZT(Pb(Zr, Ti)O 3 ), PTO(PbTiO 3 ), SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti) O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x may be characterized as comprising at least one.
  • the three-dimensional flash memory is included in each of the unselected strings. It may be characterized in that the memory cells are prevented from being programmed.
  • One embodiment may propose a technique for a program operation in a 3D flash memory using a ferroelectric material as an information storage element.
  • embodiments provide a 3D flash memory that performs a hole injection-based memory operation by a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon in at least one selection line, rather than applying a voltage to the substrate.
  • GIDL gate induced drain leakage
  • exemplary embodiments may propose a 3D flash memory that performs a program operation in response to a negative program voltage being applied to a selected word line of a target memory cell and a method of operating the same.
  • FIG. 1 is a simplified circuit diagram illustrating an array of a conventional three-dimensional flash memory.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a conventional three-dimensional flash memory.
  • FIG. 3 is a Y-Z cross-sectional view illustrating a three-dimensional flash memory according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a simplified circuit diagram illustrating a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
  • 5 to 6 are simplified circuit diagrams for explaining a selective hole injection-based program operation for allowing holes to be injected only into a target string in a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining voltages applied in a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a Y-Z cross-sectional view illustrating a three-dimensional flash memory according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a simplified circuit diagram for explaining a negative program voltage-based program operation of a 3D flash memory according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 11 is a simplified circuit diagram illustrating a selective program operation for preventing a program in unselected strings in a 3D flash memory according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to another exemplary embodiment.
  • the 3D flash memory 300 includes components such as a substrate, a bit line positioned above at least one string, and a source line positioned below the at least one string. It may be shown and described while omitted.
  • the 3D flash memory 300 according to an embodiment is not limited thereto, and may further include additional components based on the structure of the existing 3D flash memory illustrated with reference to FIG. 2 .
  • the 3D flash memory 300 according to an exemplary embodiment is illustrated as including one string, but is not limited thereto and may include a plurality of strings.
  • the 3D flash memory 300 includes at least one string 310 , at least one selection line 320 , and a plurality of word lines 330 . can do.
  • the 3D flash memory 300 essentially includes at least one string 310 , at least one selection line 320 , and a plurality of word lines 330 , and includes a plurality of word lines 330 . It may further include a plurality of insulating layers (not shown) interposed therebetween, a bit line disposed above the at least one string 310 , and a source line disposed below the string 310 .
  • At least one string 310 is formed to extend in one direction (eg, z-direction) on the substrate, and each includes a channel layer 311 and a charge storage layer 312 , so that a plurality of words are connected in a vertical direction.
  • Memory cells corresponding to each of the lines 330 may be configured.
  • the charge storage layer 312 is extended to surround the channel layer 311 , and traps charges or holes due to voltages applied through the plurality of word lines 330 , or states of charges (eg, polarization of charges). state), serves as a data storage in the three-dimensional flash memory 300, and may be characterized in that it is formed of a ferroelectric material.
  • the ferroelectric material is HfO x, Al, of at least one material selected from the group consisting of Zr or Si doped HfO x
  • PZT has an orthorhombic (Orthorhombic) crystalline structure (Pb (Zr, Ti) O 3), PTO (PbTiO 3) , SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti)O 3 ), barium titanate ( By including at least one of barium titanate, BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x , binary data values can be represented by voltage change due to polarization. , can be used as a charge storage layer.
  • the channel layer 311 may be formed of single crystalline silicon or polysilicon, and a buried layer (not shown) filling the inside may be further disposed.
  • the at least one selection line 320 is at least one drain selection line (DSL) vertically connected to the top of the at least one string 310 (the at least one drain selection line is the at least one string 310 ).
  • DSL drain selection line
  • At least one selection line 320 is illustrated as one drain selection line in the drawings, but as described above, it is not limited or limited thereto.
  • the plurality of word lines 330 are positioned above or below the at least one selection line 320 and are vertically connected to the at least one string 310 , and include W (tungsten), Ti (titanium), and Ta (tantalum). ), Au (copper), or Au (gold) may be formed of a conductive material, and a memory operation (such as a read operation, a program operation, and an erase operation) may be performed by applying a voltage to the corresponding memory cells.
  • a gate induced drain (GIDL) in at least one selection line 320 rather than applying a voltage to the substrate It is characterized in that the memory operation based on hole injection due to the leakage phenomenon is performed.
  • a hole is formed by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of the bit line positioned above the at least one string 310 and the at least one selection line 320 . Based on the implantation and diffusion into the layer 311 , a hole injection-based program operation may be performed on the at least one string 320 . A detailed description thereof will be provided below.
  • FIG. 4 is a simplified circuit diagram for explaining a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an embodiment
  • FIGS. 5 to 6 are selections for injecting holes only into a target string in the 3D flash memory according to an embodiment.
  • It is a simplified circuit diagram for explaining a typical hole injection-based program operation
  • FIG. 7 is a diagram for explaining voltages applied in a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
  • the hole injection-based program operation described with reference to FIGS. 4 to 7 may be performed by the 3D flash memory 300 illustrated in FIG. 3 as a subject.
  • a hole is formed into a channel layer by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of a bit line and at least one selection line positioned above at least one string.
  • a hole injection-based program operation for at least one string may be performed.
  • at least one string including a target memory cell on which a hole injection-based program operation is performed is referred to as a target string
  • a word line corresponding to the target memory cell among a plurality of word lines is referred to as a selected word line
  • word lines corresponding to memory cells other than the target memory cell are referred to as unselected word lines.
  • the 3D flash memory applies a power voltage (eg, 10V) to the bit line 411 of the target string 410 including the target memory cell 400 and at least is connected to the target string 410 .
  • a GIDL voltage eg, 2V
  • a program voltage eg, 0V
  • a pass voltage for example, 7V
  • a pass voltage for example, 7V
  • the three-dimensional flash memory includes a voltage applied to a bit line 421 of a first adjacent string 420 (a string that shares at least one selection line 412 with a target string 410) and a second adjacent string ( The first adjacent string 420 and the second adjacent string 430 by adjusting the voltage applied to at least one selection line 431 of 430 (the string sharing the target string 410 and the bit line 411 ) ), it is possible to perform a selective hole injection-based program operation so that holes are not injected into each and only the target string 410 is injected.
  • the 3D flash memory includes a voltage (GIDL voltage applied to at least one selection line 412) and By applying a voltage of a value that does not differ significantly, for example, 4V, the GIDL phenomenon does not occur between the bit line 421 and the at least one selection line 412 of the first adjacent string 420, A hole may not be injected into the first adjacent string 420 . Accordingly, as described above, the 3D flash memory generates a GIDL phenomenon only between the bit line 411 of the target string 410 and the at least one selection line 412 so that a hole is only formed in the channel layer of the target string 410 . Injection and diffusion may be performed, and through this, a selective hole injection-based program operation may be performed on the target string 410 including the target memory cell.
  • a voltage GIDL voltage applied to at least one selection line 412
  • the 3D flash memory is connected to a power supply voltage (at least one selection line 412 of the target string 410 ) connected to at least one selection line 431 connected to the second adjacent string 430 .
  • a GIDL phenomenon is generated between the bit line 411 and the at least one selection line 431 of the second adjacent string 430 by applying a voltage having a large difference from the applied GIDL voltage, for example, 10V. By not doing so, it is possible to prevent a hole from being injected into the second adjacent string 430 .
  • the 3D flash memory generates a GIDL phenomenon only between the bit line 411 of the target string 410 and the at least one selection line 412 so that a hole is only formed in the channel layer of the target string 410 .
  • Injection and diffusion may be performed, and through this, a selective hole injection-based program operation may be performed on the target string 410 including the target memory cell.
  • the 3D flash memory uses the bit line 411 of the target string 410 described with reference to FIGS. 4 to 6 .
  • a power supply voltage applied to a GIDL voltage applied to at least one selection line 412 connected to the target string 410 , a program voltage applied to the selected word line 413 , and unselected word lines 414 and 415 )
  • a pass voltage applied to each, a voltage applied to the bit line 421 of the first adjacent string 420, and a power supply voltage applied to at least one selection line 431 connected to the second adjacent string 430 are shown. It can be adjusted to a value such as 7.
  • the 3D flash memory can perform a selective hole injection-based program operation in a short time of 400 ns by adjusting the timing at which the voltages are applied as shown in FIG. 7 .
  • the target string while applying a voltage to generate a GIDL phenomenon between the bit line 411 of the target string 410 and the at least one selection line 412 , the target string ( By adjusting voltages applied to the 410 and the adjacent strings 420 and 430 , a selective hole injection-based program operation for the target string including the target memory cell may be implemented.
  • hole injection-based program operation has been described above, the hole injection-based read operation and the erase operation may also be performed in the same principle.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
  • the operation method of the 3D flash memory may be performed based on the contents described with reference to FIGS. 4 to 7 , in which the 3D flash memory 300 described with reference to FIG. 3 is the main body.
  • the 3D flash memory may apply a voltage to each of a bit line and at least one selection line positioned above at least one string.
  • step S820 the 3D flash memory is formed in which holes are injected and diffused into the channel layer by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of the bit line and the at least one selection line positioned above the at least one string. Based on this, a hole injection-based program operation for at least one string may be performed.
  • the manufacturing system applies a power voltage to the bit line of the target string including the target memory cell through step S810 and applies a GIDL voltage having a value smaller than the power supply voltage to at least one selection line connected to the target string.
  • a GIDL phenomenon between the bit line of the target string and at least one selection line and applying a program voltage to the word line corresponding to the target memory cell, through step S820 the bit line of the target string and at least one
  • a selective hole injection-based program operation may be performed on a target memory cell based on a GIDL phenomenon between selection lines.
  • step S810 the manufacturing system determines a voltage applied to a bit line of a first adjacent string sharing at least one selection line with the target string and at least one connected to a second adjacent string sharing a bit line with the target string.
  • a selective hole injection-based program operation is performed so that holes are not injected into each of the first and second adjacent strings and only the target string is injected in step S820 by controlling the voltage applied to the selected line of can do.
  • a voltage of a value smaller than the power supply voltage is applied to the bit line of the first adjacent string in step S810 , so that a hole is not injected into the first adjacent string in step S820 and only in the target string. It is possible to perform a selective hole injection-based program operation for hole injection by the GIDL phenomenon.
  • the manufacturing system applies a power voltage to at least one selection line connected to the second adjacent string in step S810 , so that a hole is not injected into the second adjacent string in step S820 and the target string It is possible to perform a selective hole injection-based program operation that allows holes to be injected by the GIDL phenomenon.
  • the 3D flash memory 900 includes a substrate, a bit line positioned above each of the plurality of strings, and a source line positioned below each of the plurality of strings. Elements may be shown and described with omissions.
  • the 3D flash memory 900 according to another embodiment is not limited thereto, and may further include additional components based on the structure of the existing 3D flash memory illustrated with reference to FIG. 2 .
  • the 3D flash memory 900 according to another exemplary embodiment is illustrated as including two strings, but is not limited thereto and may include three or more strings.
  • a 3D flash memory 900 may include a plurality of strings 910 and a plurality of word lines 920 .
  • a plurality of insulating layers (not shown) interposed between the plurality of word lines 920 , and at least one drain positioned on top of the plurality of word lines 920 are selected.
  • a line (Drain Selection Line; DSL) (at least one drain selection line is connected to a bit line (not shown) positioned above each of the plurality of strings 910 ) and a plurality of word lines 920 at the lower end
  • At least one source selection line (SSL) positioned (at least one source selection line is connected to a source line (not shown) positioned below each of the plurality of strings 910), a plurality of strings
  • Each of 910 may further include a bit line disposed above and a source line disposed below each of the 910 .
  • Each of the plurality of strings 910 is formed to extend in one direction (eg, z-direction) on the substrate, and each includes a channel layer 911 and a charge storage layer 912 , so that a plurality of strings connected in a vertical direction are formed.
  • Memory cells respectively corresponding to the word lines 920 may be configured.
  • the charge storage layer 912 is extended to surround the channel layer 911 and traps charges or holes due to voltages applied through the plurality of word lines 920 , or states of charges (eg, polarization of charges). state), it serves as a data storage in the three-dimensional flash memory 900, and may be characterized in that it is formed of a ferroelectric material.
  • the ferroelectric material is HfO x, Al, of at least one material selected from the group consisting of Zr or Si doped HfO x
  • PZT has an orthorhombic (Orthorhombic) crystalline structure (Pb (Zr, Ti) O 3), PTO (PbTiO 3) , SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti)O 3 ), barium titanate ( By including at least one of barium titanate, BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x , binary data values can be represented by voltage change due to polarization. , can be used as a charge storage layer.
  • the channel layer 911 may be formed of single crystalline silicon or polysilicon, and a buried layer (not shown) filling the inside may be further disposed.
  • the plurality of word lines 920 are vertically connected to each of the plurality of strings 910 and are conductive such as W (tungsten), Ti (titanium), Ta (tantalum), Au (copper), or Au (gold). It is formed of a material, and a memory operation (such as a read operation, a program operation, and an erase operation) may be performed by applying a voltage to the corresponding memory cells.
  • a memory operation such as a read operation, a program operation, and an erase operation
  • the charge storage layer 912 is formed of a ferroelectric material, a selected word corresponding to a target memory cell to be programmed from among the plurality of word lines 920 . It is characterized in that the program operation is performed by applying a negative program voltage (-Vpgm) to the line.
  • the 3D flash memory 900 includes a negative program voltage applied to a selected word line and a ground voltage GND applied to a bit line of a selected string including a target memory cell among the plurality of strings 910 . ; 0V), a channel may be formed in the selected string (more precisely, a channel may be formed on the channel layer 911 included in the selected string) to perform a program operation on the target memory cell. A detailed description thereof will be provided below.
  • FIG. 10 is a simplified circuit diagram for explaining a negative program voltage-based program operation of a 3D flash memory according to another exemplary embodiment
  • FIG. 11 is a schematic diagram of preventing a program in unselected strings in a 3D flash memory according to another exemplary embodiment. It is a simplified circuit diagram for explaining the optional program operation.
  • the program operation described with reference to FIGS. 10 to 11 may be performed by the 3D flash memory 900 illustrated in FIG. 9 as a subject.
  • a channel is formed in the selected string 1020 through a potential difference between the ground voltage (GND; 0V) applied to the bit line of the selected string 1020 including
  • a program operation may be performed on the target memory cell 1030 by transferring charges or holes to the charge storage layer of the target memory cell 1030 by forming a channel thereon).
  • a string including a target memory cell 1030 on which a program operation is performed is referred to as a selected string 1020, and strings excluding the selected string 1020 are referred to as unselected strings 1021,
  • the memory cells closest to the target memory cell 1030 are referred to as adjacent memory cells 1031
  • the memory cells closest to the adjacent memory cells 1031 among the plurality of memory cells (target memory) are referred to as neighboring memory cells 1032
  • a word line corresponding to the target memory cell 1030 among a plurality of word lines is referred to as a selected word line 1010
  • the unselected word lines corresponding to 1031 are referred to as unselected adjacent word lines 1011
  • unselected word lines corresponding to the neighboring memory cells 1032 are referred to as unselected neighboring word lines 1012 .
  • the 3D flash memory applies a ground voltage (GND; 0V) to the bit line of the selected string 1020 including the target memory cell 1030 and selects at least one drain connected to the selected string 1020 .
  • the power supply voltage Vcc is applied to the line DSL, the source line of the selected string 1020 and at least one source selection line SSL connected to the selected string 1020 are floated, and the selected word line 1010 is A negative program voltage applied to the selected word line 1010 by applying a negative program voltage (-Vpgm; for example, -10V) and a bit of the selected string 1020 including the target memory cell 1030 among the plurality of strings A potential difference between the ground voltage (GND; 0V) applied to the line may be formed.
  • the selected memory cells 1031 and 1032 may be turned on.
  • the unselected neighboring word lines 1012 of the neighboring memory cells 1032 are the unselected neighboring word lines 1011 of the neighboring memory cells 1031 which are the memory cells closest to the target memory cell 1030 .
  • Vpass1 eg, 9V
  • the selected word line 1010 to which a negative program voltage is applied and unselected adjacent word lines 1011 to which a high first pass voltage is applied are applied. Breakdown between them may occur.
  • each of the unselected adjacent word lines 1011 is floated during a program operation to prevent and improve breakdown between the selected word line 1010 and the unselected adjacent word lines 1011 , or A second pass voltage Vpass2 (eg, 2V) having a smaller value than the first pass voltage may be applied to each of the unselected adjacent word lines 1011 .
  • Vpass2 eg, 2V
  • the 3D flash memory turns on the adjacent memory cells 1031 as a fringing field by the first pass voltage applied to the unselected neighboring word lines 1012 of the neighboring memory cells 1032 .
  • the target memory cell 1030 can be programmed.
  • the 3D flash memory does not form a channel in each of the unselected strings 1021 that do not include the target memory cell 1030 among the plurality of strings, so that the memory cells included in each of the unselected strings 1021 are memory cells. can be prevented from being programmed.
  • the 3D flash memory is connected to the unselected string 1021 with respect to the unselected string 1021 sharing at least one drain select line DSL with the selected string 1020 .
  • a channel may not be formed in the unselected string 1021 by applying a negative voltage (eg, -5V) to the bit line.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to another exemplary embodiment.
  • the operation method of the 3D flash memory may be performed based on the contents described with reference to FIGS. 10 to 11 , in which the 3D flash memory 900 described with reference to FIG. 9 is the main body.
  • the 3D flash memory according to another exemplary embodiment applies a ground voltage to a bit line of a selected string corresponding to a target memory cell to be subjected to a program operation among a plurality of strings.
  • the 3D flash memory may apply a negative program voltage to a selected word line corresponding to a target memory cell among a plurality of word lines.
  • the 3D flash memory floats each of the unselected adjacent word lines corresponding to the adjacent memory cells adjacent to the target memory cell among the plurality of word lines, or each of the unselected adjacent word lines
  • a second pass voltage having a value smaller than the first pass voltage - the first pass voltage is a voltage applied to each of the unselected word lines excluding the target word line and the unselected adjacent word lines among the plurality of word lines - is applied.
  • the 3D flash memory includes adjacent memory cells among the unselected word lines.
  • the adjacent memory cells are turned on to a fringing field by the first pass voltage applied to the unselected neighboring word lines. on) can be turned on.
  • programming in other memory cells may be prevented and a program operation may be performed on the target memory cell.
  • the 3D flash memory may perform a program operation in response to a ground voltage being applied to the bit line of the selected string and a negative program voltage being applied to the selected word line.
  • the potential difference between the negative program voltage applied to the selected word line and the ground voltage applied to the bit line of the selected string including the target memory cell among the plurality of strings A channel may be formed in the string selected through , and a charge or hole may be transferred to the charge storage layer of the target memory cell, thereby performing a program operation on the target memory cell.
  • step S1230 the 3D flash memory does not form a channel in each of the unselected strings that do not include the target memory cell among the plurality of strings, so that the memory cells included in each of the unselected strings are programmed. can be prevented
  • the 3D flash memory applies a negative voltage (eg, -5V) to a bit line connected to the unselected string for an unselected string that shares at least one drain select line DSL with the selected string. It is possible not to form a channel in the unselected string by applying it.
  • a negative voltage eg, -5V

Abstract

A three-dimensional flash memory based on a ferroelectric material and an operating method thereof are disclosed, and a three-dimensional flash memory which performs a hole injection-based memory operation by a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon in at least one selection line instead of applying a voltage to a substrate is suggested. In addition, a three-dimensional flash memory which performs a program operation in response to a negative program voltage applied to a selected word line of a target memory cell is suggested.

Description

강유전체 물질 기반의 3차원 플래시 메모리 및 그 동작 방법3D flash memory based on ferroelectric material and its operation method
아래의 실시예들은 3차원 플래시 메모리에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 강유전체 물질 기반의 3차원 플래시 메모리 및 그 프로그램 동작 방법에 대한 기술이다.The following embodiments relate to a three-dimensional flash memory, and more particularly, a description of a three-dimensional flash memory based on a ferroelectric material and a program operation method thereof.
플래시 메모리 소자는 전기적으로 소거가능하며 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory; EEPROM)로서, 그 메모리는, 예를 들어, 컴퓨터, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 게임 시스템, 메모리 스틱(Memory stick) 등에 공통적으로 이용될 수 있다. 이러한, 플래시 메모리 소자는 F-N 터널링(Fowler-Nordheimtunneling) 또는 열전자 주입(Hot electron injection)에 의해 전기적으로 데이터의 입출력을 제어한다.A flash memory device is an Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), the memory being, for example, a computer, a digital camera, an MP3 player, a game system, a memory stick. ) can be commonly used. Such a flash memory device electrically controls input/output of data by Fowler-Nordheimtunneling or hot electron injection.
구체적으로, 기존의 3차원 플래시 메모리의 어레이를 나타낸 도 1을 참조하면, 3차원 플래시 메모리의 어레이는 공통 소스 라인(CSL), 비트 라인(BL) 및 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인(BL) 사이에 배치되는 복수 개의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 1 showing a conventional three-dimensional flash memory array, the three-dimensional flash memory array includes a common source line CSL, a bit line BL, and a common source line CSL and a bit line BL. ) may include a plurality of cell strings (CSTR) disposed between.
비트 라인들은 2차원적으로 배열되고, 그 각각에는 복수 개의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬로 연결된다. 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 비트 라인들과 하나의 공통 소스 라인(CSL) 사이에 복수의 셀 스트링들(CSTR)이 배치될 수 있다. 이 때, 공통 소스 라인들(CSL)은 복수 개일 수 있으며, 복수 개의 공통 소스 라인들(CSL)이 2차원적으로 배열될 수 있다. 여기서, 복수 개의 공통 소스 라인들(CSL)에는 전기적으로 동일한 전압이 인가될 수 있으며, 또는 복수 개의 공통 소스 라인들(CSL) 각각이 전기적으로 제어될 수도 있다.The bit lines are two-dimensionally arranged, and a plurality of cell strings CSTR are connected in parallel to each of the bit lines. The cell strings CSTR may be commonly connected to the common source line CSL. That is, a plurality of cell strings CSTR may be disposed between the plurality of bit lines and one common source line CSL. In this case, there may be a plurality of common source lines CSL, and the plurality of common source lines CSL may be two-dimensionally arranged. Here, the same voltage may be applied to the plurality of common source lines CSL, or each of the plurality of common source lines CSL may be electrically controlled.
셀 스트링들(CSTR) 각각은 공통 소스 라인(CSL)에 접속하는 접지 선택 트랜지스터(GST), 비트 라인(BL)에 접속하는 스트링 선택 트랜지스터(SST), 및 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 사이에 배치되는 복수 개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 그리고, 접지 선택 트랜지스터(GST), 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 직렬로 연결될 수 있다.Each of the cell strings CSTR includes a ground select transistor GST connected to the common source line CSL, a string select transistor SST connected to the bit line BL, and ground and string select transistors GST and SST. ) may be formed of a plurality of memory cell transistors MCT disposed between. In addition, the ground select transistor GST, the string select transistor SST, and the memory cell transistors MCT may be connected in series.
공통 소스 라인(CSL)은 접지 선택 트랜지스터들(GST)의 소스들에 공통으로 연결될 수 있다. 이에 더하여, 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인(BL) 사이에 배치되는, 접지 선택 라인(GSL), 복수 개의 워드 라인들(WL0-WL3) 및 복수개의 스트링 선택 라인들(SSL)이 접지 선택 트랜지스터(GST), 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 스트링 선택 트랜지스터들(SST)의 전극층들로서 각각 사용될 수 있다. 또한, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 각각은 메모리 요소(memory element)를 포함한다. 이하, 스트링 선택 라인(SSL)은 상부 선택 라인(Upper Selection Line; USL)으로 표현될 수 있으며, 접지 선택 라인(GSL)은 하부 선택 라인(Lower Selection Line; LSL)으로 표현될 수 있다.The common source line CSL may be commonly connected to sources of the ground select transistors GST. In addition, the ground select line GSL, the plurality of word lines WL0 - WL3 and the plurality of string select lines SSL disposed between the common source line CSL and the bit line BL are ground selectable. It may be used as electrode layers of the transistor GST, the memory cell transistors MCT, and the string select transistors SST, respectively. In addition, each of the memory cell transistors MCT includes a memory element. Hereinafter, the string selection line SSL may be expressed as an upper selection line USL, and the ground selection line GSL may be expressed as a lower selection line LSL.
한편, 기존의 3차원 플래시 메모리는 소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해, 수직적으로 셀을 적층함으로써, 집적도를 증가시키고 있다.On the other hand, the conventional 3D flash memory increases the degree of integration by vertically stacking cells in order to meet the excellent performance and low price demanded by consumers.
예를 들어, 기존의 3차원 플래시 메모리의 구조를 나타낸 도 2를 참조하면, 기존의 3차원 플래시 메모리는 기판(200) 상에 층간 절연층들(211) 및 수평 구조체들(250)이 교대로 반복적으로 형성된 전극 구조체(215)가 배치되어 제조된다. 층간 절연층들(211) 및 수평 구조체들(250)은 제1 방향으로 연장될 수 있다. 층간 절연층들(211)은 일례로 실리콘 산화막일 수 있으며, 층간 절연층들(211) 중 최하부의 층간 절연층(211a)은 나머지 층간 절연층들(211)보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 수평 구조체들(250) 각각은 제1 및 제2 블로킹 절연막들(242, 243) 및 전극층(245)을 포함할 수 있다. 전극 구조체(215)는 복수 개로 제공되며, 복수 개의 전극 구조체들(215)은 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 서로 마주보며 배치될 수 있다. 제1 및 제2 방향은 각각 도 2의 x축 및 y축에 해당할 수 있다. 복수 개의 전극 구조체들(215) 사이에는 이들을 이격시키는 트렌치들(240)이 제1 방향으로 연장될 수 있다. 트렌치들(240)에 의해 노출된 기판(200) 내에는 고농도로 도핑된 불순물 영역들이 형성되어 공통 소스 라인(CSL)이 배치될 수 있다. 도시하지 않았으나, 트렌치들(240)을 채우는 분리 절연막들이 더 배치될 수 있다.For example, referring to FIG. 2 showing the structure of a conventional three-dimensional flash memory, in the conventional three-dimensional flash memory, interlayer insulating layers 211 and horizontal structures 250 are alternately formed on a substrate 200 . Repeatedly formed electrode structures 215 are disposed and manufactured. The interlayer insulating layers 211 and the horizontal structures 250 may extend in the first direction. The interlayer insulating layers 211 may be, for example, a silicon oxide layer, and the lowermost interlayer insulating layer 211a of the interlayer insulating layers 211 may have a thickness smaller than that of the other interlayer insulating layers 211 . Each of the horizontal structures 250 may include first and second blocking insulating layers 242 and 243 and an electrode layer 245 . A plurality of electrode structures 215 may be provided, and the plurality of electrode structures 215 may be disposed to face each other in a second direction crossing the first direction. The first and second directions may correspond to the x-axis and the y-axis of FIG. 2 , respectively. Trenches 240 separating the plurality of electrode structures 215 may extend in the first direction. Highly doped impurity regions may be formed in the substrate 200 exposed by the trenches 240 , so that a common source line CSL may be disposed. Although not shown, isolation insulating layers filling the trenches 240 may be further disposed.
전극 구조체(215)를 관통하는 수직 구조체들(230)이 배치될 수 있다. 일례로, 수직 구조체들(230)은 평면적 관점에서, 제1 및 제2 방향을 따라 정렬되어 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 다른 예로, 수직 구조체들(230)은 제2 방향으로 정렬되되, 제1 방향으로 지그재그 형태로 배치될 수도 있다. 수직 구조체들(230) 각각은 보호막(224), 전하 저장막(225), 터널 절연막(226), 및 채널층(227)을 포함할 수 있다. 일례로, 채널층(227)은 그 내부의 속이 빈 튜브형으로 배치될 수 있으며, 이 경우 채널층(227)의 내부를 채우는 매립막(228)이 더 배치될 수 있다. 채널층(227)의 상부에는 드레인 영역(D)이 배치되고, 드레인 영역(D) 상에 도전 패턴(229)이 형성되어, 비트 라인(BL)과 연결될 수 있다. 비트 라인(BL)은 수평 전극들(250)과 교차하는 방향, 예를 들어 제2 방향으로 연장될 수 있다. 일례로, 제2 방향으로 정렬된 수직 구조체들(230)은 하나의 비트 라인(BL)에 연결될 수 있다. Vertical structures 230 penetrating the electrode structure 215 may be disposed. For example, in a plan view, the vertical structures 230 may be arranged in a matrix form along the first and second directions. As another example, the vertical structures 230 may be arranged in the second direction, and may be arranged in a zigzag shape in the first direction. Each of the vertical structures 230 may include a passivation layer 224 , a charge storage layer 225 , a tunnel insulating layer 226 , and a channel layer 227 . For example, the channel layer 227 may be disposed in a hollow tube shape therein, and in this case, a buried film 228 filling the inside of the channel layer 227 may be further disposed. A drain region D may be disposed on the channel layer 227 , and a conductive pattern 229 may be formed on the drain region D to be connected to the bit line BL. The bit line BL may extend in a direction crossing the horizontal electrodes 250 , for example, in a second direction. For example, the vertical structures 230 aligned in the second direction may be connected to one bit line BL.
수평 구조체들(250)에 포함된 제1 및 제2 블로킹 절연막들(242, 243) 및 수직 구조체들(230)에 포함된 전하 저장막(225) 및 터널 절연막(226)은 3차원 플래시 메모리의 정보 저장 요소인 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)층으로 정의될 수 있다. 즉, 정보 저장 요소 중 일부는 수직 구조체들(230)에 포함되고, 나머지 일부는 수평 구조체들(250)에 포함될 수 있다. 일례로, 정보 저장 요소 중 전하 저장막(225) 및 터널 절연막(226)은 수직 구조체들(230)에 포함되고, 제1 및 제2 블로킹 절연막들(242, 243)은 수평 구조체들(250)에 포함될 수 있다.The first and second blocking insulating layers 242 and 243 included in the horizontal structures 250 and the charge storage layer 225 and the tunnel insulating layer 226 included in the vertical structures 230 are the 3D flash memory. It can be defined as an oxide-nitride-oxide (ONO) layer that is an information storage element. That is, some of the information storage elements may be included in the vertical structures 230 , and others may be included in the horizontal structures 250 . For example, among the information storage elements, the charge storage layer 225 and the tunnel insulating layer 226 are included in the vertical structures 230 , and the first and second blocking insulating layers 242 and 243 are the horizontal structures 250 . can be included in
기판(200) 및 수직 구조체들(230) 사이에 에피택시얼 패턴들(222)이 배치될 수 있다. 에피택시얼 패턴들(222)은 기판(200)과 수직 구조체들(230)을 연결한다. 에피택시얼 패턴들(222)은 적어도 한 층의 수평 구조체들(250)과 접할 수 있다. 즉, 에피택시얼 패턴들(222)은 최하부의 수평 구조체(250a)와 접하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 에피택시얼 패턴들(222)은 복수 개의 층, 예를 들어 두 개의 층의 수평 구조체들(250)과 접하도록 배치될 수도 있다. 한편, 에피택시얼 패턴들(222)이 최하부의 수평 구조체(250a)와 접하도록 배치되는 경우, 최하부의 수평 구조체(250a)는 나머지 수평 구조체들(250)보다 두껍게 배치될 수 있다. 에피택시얼 패턴들(222)에 접하는 최하부의 수평 구조체(250a)는 도 1을 참조하여 기재한 3차원 플래시 메모리의 어레이의 접지 선택 라인(GSL)에 해당할 수 있으며, 수직 구조체들(230)에 접하는 나머지 수평 구조체들(250)은 복수 개의 워드 라인들(WL0-WL3)에 해당할 수 있다. Epitaxial patterns 222 may be disposed between the substrate 200 and the vertical structures 230 . The epitaxial patterns 222 connect the substrate 200 and the vertical structures 230 . The epitaxial patterns 222 may contact the horizontal structures 250 of at least one layer. That is, the epitaxial patterns 222 may be disposed to be in contact with the lowermost horizontal structure 250a. According to another embodiment, the epitaxial patterns 222 may be disposed to contact the horizontal structures 250 of a plurality of layers, for example, two layers. Meanwhile, when the epitaxial patterns 222 are disposed to be in contact with the lowermost horizontal structure 250a , the lowermost horizontal structure 250a may be disposed to be thicker than the remaining horizontal structures 250 . The lowermost horizontal structure 250a in contact with the epitaxial patterns 222 may correspond to the ground selection line GSL of the 3D flash memory array described with reference to FIG. 1 , and the vertical structures 230 . The remaining horizontal structures 250 in contact with may correspond to a plurality of word lines WL0-WL3.
에피택시얼 패턴들(222) 각각은 리세스된 측벽(222a)을 갖는다. 그에 따라, 에피택시얼 패턴들(222)에 접하는 최하부의 수평 구조체(250a)는 리세스된 측벽(222a)의 프로파일을 따라 배치된다. 즉, 최하부의 수평 구조체(250a)는 에피택시얼 패턴들(222)의 리세스된 측벽(222a)을 따라 안쪽으로 볼록한 형태로 배치될 수 있다.Each of the epitaxial patterns 222 has a recessed sidewall 222a. Accordingly, the lowermost horizontal structure 250a in contact with the epitaxial patterns 222 is disposed along the profile of the recessed sidewall 222a. That is, the lowermost horizontal structure 250a may be disposed in a convex shape inward along the recessed sidewalls 222a of the epitaxial patterns 222 .
이와 같은 구조를 갖는 기존의 3차원 플래시 메모리는, 설명된 바와 같이 통상 정보 저장 요소(전하 저장층)로서 ONO층을 사용하는 바, 수직 메모리 셀의 증가에 따라 수직 셀 전류가 감소하는 등의 셀 특성 열화의 문제점을 갖게 된다.The conventional three-dimensional flash memory having such a structure generally uses an ONO layer as an information storage element (charge storage layer) as described above, and the vertical cell current decreases as the number of vertical memory cells increases. There is a problem of characteristic deterioration.
이에, 정보 저장 요소(전하 저장층)로서 ONO층을 대체하여 강유전체 물질을 사용하는 기술이 제안되었으나, 전하 저장층으로 강유전체 물질이 사용될 경우의 프로그램 동작에 대한 연구 개발은 아직 미진한 상태이다.Accordingly, a technique of using a ferroelectric material as an information storage element (charge storage layer) in place of the ONO layer has been proposed, but research and development on a program operation when a ferroelectric material is used as the charge storage layer is still insufficient.
이에, 강유전체 물질을 정보 저장 요소로 사용하는 3차원 플래시 메모리에서의 프로그램 동작에 대한 기술이 제안될 필요가 있다.Accordingly, there is a need to propose a technique for a program operation in a 3D flash memory using a ferroelectric material as an information storage element.
일 실시예들은 강유전체 물질을 정보 저장 요소로 사용하는 3차원 플래시 메모리에서의 프로그램 동작에 대한 기술을 제안한다.One embodiment proposes a technique for a program operation in a three-dimensional flash memory using a ferroelectric material as an information storage element.
보다 상세하게, 일 실시예들은 기판에 전압을 인가하는 것이 아닌, 적어도 하나의 선택 라인(Selection Line)에서의 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 현상에 의한 홀 주입 기반 메모리 동작을 수행하는 3차원 플래시 메모리를 제안한다.In more detail, embodiments provide a 3D flash memory that performs a hole injection-based memory operation by a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon in at least one selection line, rather than applying a voltage to the substrate. suggest
또한, 일 실시예들은 대상 메모리 셀의 선택된 워드 라인에 음의 프로그램 전압(Negative program voltage)이 인가됨에 응답하여 프로그램 동작을 수행하는 3차원 플래시 메모리 및 그 동작 방법을 제안한다.In addition, some embodiments propose a 3D flash memory that performs a program operation in response to a negative program voltage being applied to a selected word line of a target memory cell, and a method of operating the same.
일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리는, 기판 상 일 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링-상기 적어도 하나의 스트링은 상기 일 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 일 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함함-; 상기 적어도 하나의 스트링의 상단 또는 하단에 수직으로 연결되는 적어도 하나의 선택 라인(Selection Line); 및 상기 적어도 하나의 선택 라인의 상부 또는 하부에 위치한 채 상기 적어도 하나의 스트링에 수직으로 연결되는 복수의 워드 라인들을 포함하고, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 적어도 하나의 선택 라인에서의 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 현상에 의한 홀 주입 기반 메모리 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.According to an exemplary embodiment, in the 3D flash memory, at least one string extending in one direction on a substrate, the at least one string extending in the one direction, and the channel layer extending in the one direction to surround the channel layer including a charge storage layer formed to extend to -; at least one selection line vertically connected to an upper end or lower end of the at least one string; and a plurality of word lines vertically connected to the at least one string while being positioned above or below the at least one selection line, wherein the 3D flash memory includes a GIDL (Gate) in the at least one selection line. It is characterized in that the memory operation based on hole injection by the induced drain leakage phenomenon is performed.
일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 적어도 하나의 스트링의 상부에 위치하는 비트 라인과 상기 적어도 하나의 선택 라인 각각에 인가되는 전압에 따른 GIDL 현상에 의해 홀이 상기 채널층으로 주입 및 확산되는 것에 기초하여, 상기 적어도 하나의 스트링에 대한 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, in the 3D flash memory, a hole is injected into the channel layer by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of the bit line positioned above the at least one string and the at least one selection line, and Based on the diffusion, it may be characterized in that a hole injection-based program operation is performed on the at least one string.
다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 대상 메모리 셀을 포함하는 대상 스트링의 비트 라인에 전원 전압이 인가되고 상기 대상 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 상기 전원 전압보다 작은 값의 GIDL 전압이 인가되며 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 워드 라인에 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 GIDL 현상에 기반한 상기 대상 메모리 셀에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the 3D flash memory, a power voltage is applied to a bit line of a target string including a target memory cell and a GIDL having a value smaller than the power supply voltage is applied to at least one selection line connected to the target string. In response to the voltage being applied and the program voltage being applied to the word line corresponding to the target memory cell, a selective hole injection-based program operation may be performed on the target memory cell based on the GIDL phenomenon.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 대상 스트링과 적어도 하나의 선택 라인을 공유하는 제1 인접 스트링의 비트 라인에 인가되는 전압 및 상기 대상 스트링과 비트 라인을 공유하는 제2 인접 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 인가되는 전압을 조절하여, 상기 제1 인접 스트링 및 상기 제2 인접 스트링 각각에 상기 홀이 주입되지 않도록 하며 상기 대상 스트링에만 상기 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to yet another aspect, the 3D flash memory may include a voltage applied to a bit line of a first adjacent string sharing at least one selection line with the target string and a second adjacent bit line sharing the target string and a bit line. A selective hole for controlling a voltage applied to at least one selection line connected to a string so that the hole is not injected into each of the first adjacent string and the second adjacent string and the hole is injected only into the target string It may be characterized in that the injection-based program operation is performed.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 제1 인접 스트링의 비트 라인에 상기 전원 전압보다 작은 값의 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 제1 인접 스트링에 상기 홀이 주입되지 않도록 하며 상기 대상 스트링에만 상기 GIDL 현상에 의해 상기 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to yet another aspect, the 3D flash memory prevents the hole from being injected into the first adjacent string in response to a voltage having a value smaller than the power supply voltage being applied to the bit line of the first adjacent string. A selective hole injection-based program operation may be performed so that the hole is injected only into the target string by the GIDL phenomenon.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 제2 인접 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 상기 전원 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 제2 인접 스트링에 상기 홀이 주입되지 않도록 하며 상기 대상 스트링에만 상기 GIDL 현상에 의해 상기 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the 3D flash memory, in response to the power supply voltage being applied to at least one selection line connected to the second adjacent string, the hole is not injected into the second adjacent string, A selective hole injection-based program operation may be performed so that the hole is injected only into the target string by the GIDL phenomenon.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 전하 저장층은, 강유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the charge storage layer may be formed of a ferroelectric material.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 강유전체 물질은, 사방정계(Orthorhombic) 결정 구조를 갖는 HfOx, Al, Zr 또는 Si 중 적어도 하나의 물질이 도핑된 HfOx, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PTO(PbTiO3), SBT(SrBi2Ti2O3), BLT(Bi(La, Ti)O3), PLZT(Pb(La, Zr)TiO3), BST(Bi(Sr, Ti)O3), 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO3), P(VDF-TrFE), PVDF, AlOx, ZnOx, TiOx, TaOx 또는 InOx 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the ferroelectric material is doped with at least one material of HfO x , Al, Zr, or Si having an orthorhombic crystal structure HfO x , PZT(Pb(Zr, Ti)O 3 ), PTO(PbTiO 3 ), SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti) O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x may be characterized as comprising at least one.
일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리는, 기판 상 일 방향으로 연장 형성되는 복수의 스트링들-상기 복수의 스트링들 각각은 상기 일 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 일 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함하고, 복수의 워드 라인들에 각각 대응하는 복수의 메모리 셀들을 구성함-; 및 상기 복수의 스트링들 각각에 수직으로 연결되는 상기 복수의 워드 라인들을 포함하고, 상기 복수의 워드 라인들 중 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 음의 프로그램 전압(Negative program voltage)이 인가됨에 응답하여 상기 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment, the 3D flash memory includes a plurality of strings extending in one direction on a substrate, each of the plurality of strings extending in the one direction and forming the channel layer to surround the channel layer. comprising a charge storage layer extending in a direction and configuring a plurality of memory cells respectively corresponding to a plurality of word lines; and the plurality of word lines vertically connected to each of the plurality of strings, wherein a negative program voltage (negative) is applied to a selected word line corresponding to a target memory cell to be subjected to a program operation among the plurality of word lines. program voltage) is applied, the program operation may be performed.
일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 선택된 워드 라인에 인가되는 상기 음의 프로그램 전압 및 상기 복수의 스트링들 중 상기 대상 메모리 셀을 포함하는 선택된 스트링의 비트 라인에 인가되는 접지 전압 사이의 전위차를 통해 상기 선택된 스트링에 채널을 형성하여 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an aspect, the 3D flash memory may include a difference between the negative program voltage applied to the selected word line and a ground voltage applied to a bit line of a selected string including the target memory cell among the plurality of strings. The program operation may be performed on the target memory cell by forming a channel in the selected string through a potential difference.
다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 복수의 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 인접하는 인접 메모리 셀들에 대응하는 비선택된 인접 워드 라인들 각각이 플로팅되거나 상기 비선택된 인접 워드 라인들 각각에 제1 패스 전압-상기 제1 패스 전압은 상기 복수의 워드 라인들 중 상기 대상 워드 라인 및 상기 비선택된 인접 워드 라인들을 제외한 비선택된 워드 라인들 각각에 인가되는 전압임-보다 작은 값의 제2 패스 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 선택된 워드 라인과 상기 비선택된 인접 워드 라인들 사이의 브레이크다운(Breakdown)을 개선하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the 3D flash memory, each of the unselected adjacent word lines corresponding to the adjacent memory cells adjacent to the target memory cell among the plurality of word lines is floated or the unselected adjacent word lines a first pass voltage in each of the plurality of word lines, wherein the first pass voltage is a voltage applied to each of the unselected word lines excluding the target word line and the unselected adjacent word lines among the plurality of word lines. In response to the two-pass voltage being applied, it may be characterized in that the breakdown between the selected word line and the non-selected adjacent word lines is improved.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 비선택된 워드 라인들 중 상기 인접 메모리 셀들에 이웃하는 이웃 메모리 셀들-상기 이웃 메모리 셀들은 상기 인접 메모리 셀들 각각에서 상기 대상 메모리 셀을 제외하고 인접한 메모리 셀을 포함함-에 대응하는 비선택된 이웃 워드 라인들에 인가되는 상기 제1 패스 전압에 의한 프린징 필드(Fringing field)로 상기 인접 메모리 셀들을 턴 온(Turn on) 시켜 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the 3D flash memory, neighboring memory cells adjacent to the adjacent memory cells among the unselected word lines—the neighboring memory cells include the target memory cell in each of the adjacent memory cells; By turning on the adjacent memory cells to a fringing field by the first pass voltage applied to unselected neighboring word lines corresponding to including adjacent memory cells, the target memory cell It may be characterized in that the program operation is performed for
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 전하 저장층은, 강유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the charge storage layer may be formed of a ferroelectric material.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 강유전체 물질은, 사방정계(Orthorhombic) 결정 구조를 갖는 HfOx, Al, Zr 또는 Si 중 적어도 하나의 물질이 도핑된 HfOx, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PTO(PbTiO3), SBT(SrBi2Ti2O3), BLT(Bi(La, Ti)O3), PLZT(Pb(La, Zr)TiO3), BST(Bi(Sr, Ti)O3), 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO3), P(VDF-TrFE), PVDF, AlOx, ZnOx, TiOx, TaOx 또는 InOx 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the ferroelectric material is doped with at least one material of HfO x , Al, Zr, or Si having an orthorhombic crystal structure HfO x , PZT(Pb(Zr, Ti)O 3 ), PTO(PbTiO 3 ), SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti) O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x may be characterized as comprising at least one.
또 다른 일 측면에 따르면, 상기 3차원 플래시 메모리는, 상기 복수의 스트링들 중 상기 대상 메모리 셀을 포함하지 않는 비선택된 스트링들 각각에 채널을 형성하지 않음으로써, 상기 비선택된 스트링들 각각에 포함되는 메모리 셀들이 프로그램되는 것을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, in the 3D flash memory, by not forming a channel in each of the unselected strings that do not include the target memory cell among the plurality of strings, the three-dimensional flash memory is included in each of the unselected strings. It may be characterized in that the memory cells are prevented from being programmed.
일 실시예들은 강유전체 물질을 정보 저장 요소로 사용하는 3차원 플래시 메모리에서의 프로그램 동작에 대한 기술을 제안할 수 있다.One embodiment may propose a technique for a program operation in a 3D flash memory using a ferroelectric material as an information storage element.
보다 상세하게, 일 실시예들은 기판에 전압을 인가하는 것이 아닌, 적어도 하나의 선택 라인(Selection Line)에서의 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 현상에 의한 홀 주입 기반 메모리 동작을 수행하는 3차원 플래시 메모리를 제안할 수 있다.In more detail, embodiments provide a 3D flash memory that performs a hole injection-based memory operation by a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon in at least one selection line, rather than applying a voltage to the substrate. can suggest
또한, 일 실시예들은 대상 메모리 셀의 선택된 워드 라인에 음의 프로그램 전압(Negative program voltage)이 인가됨에 응답하여 프로그램 동작을 수행하는 3차원 플래시 메모리 및 그 동작 방법을 제안할 수 있다.In addition, exemplary embodiments may propose a 3D flash memory that performs a program operation in response to a negative program voltage being applied to a selected word line of a target memory cell and a method of operating the same.
도 1은 기존의 3차원 플래시 메모리의 어레이를 나타낸 간략 회로도이다.1 is a simplified circuit diagram illustrating an array of a conventional three-dimensional flash memory.
도 2는 기존의 3차원 플래시 메모리의 구조를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing the structure of a conventional three-dimensional flash memory.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리를 나타낸 Y-Z 단면도이다.3 is a Y-Z cross-sectional view illustrating a three-dimensional flash memory according to an exemplary embodiment.
도 4는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 홀 주입 기반 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이다.4 is a simplified circuit diagram illustrating a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
도 5 내지 6은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 대상 스트링에만 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이다.5 to 6 are simplified circuit diagrams for explaining a selective hole injection-based program operation for allowing holes to be injected only into a target string in a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
도 7은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 홀 주입 기반 프로그램 동작에서 인가되는 전압들을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining voltages applied in a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
도 8은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.8 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
도 9는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리를 나타낸 Y-Z 단면도이다.9 is a Y-Z cross-sectional view illustrating a three-dimensional flash memory according to another exemplary embodiment.
도 10은 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 음의 프로그램 전압 기반 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이다.10 is a simplified circuit diagram for explaining a negative program voltage-based program operation of a 3D flash memory according to another exemplary embodiment.
도 11은 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 비선택된 스트링들에서의 프로그램을 방지하는 선택적인 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이다.11 is a simplified circuit diagram illustrating a selective program operation for preventing a program in unselected strings in a 3D flash memory according to another exemplary embodiment.
도 12는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다.12 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to another exemplary embodiment.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Also, like reference numerals in each figure denote like members.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리를 나타낸 Y-Z 단면도이다. 이하, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(300)는 설명의 편의를 위해 기판, 적어도 하나의 스트링의 상부에 위치하는 비트 라인, 적어도 하나의 스트링의 하부에 위치하는 소스 라인 등의 구성요소가 생략된 채 도시 및 설명될 수 있다. 그러나 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(300)는 이에 제한되거나 한정되지 않고, 도 2를 참조하여 도시된 기존의 3차원 플래시 메모리의 구조에 기초하여 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 이하 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(300)는 하나의 스트링을 포함하는 것으로 도시되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 복수의 스트링들을 포함할 수 있다.3 is a Y-Z cross-sectional view illustrating a three-dimensional flash memory according to an exemplary embodiment. Hereinafter, for the convenience of description, the 3D flash memory 300 according to an embodiment includes components such as a substrate, a bit line positioned above at least one string, and a source line positioned below the at least one string. It may be shown and described while omitted. However, the 3D flash memory 300 according to an embodiment is not limited thereto, and may further include additional components based on the structure of the existing 3D flash memory illustrated with reference to FIG. 2 . In addition, the 3D flash memory 300 according to an exemplary embodiment is illustrated as including one string, but is not limited thereto and may include a plurality of strings.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(300)는 적어도 하나의 스트링(310), 적어도 하나의 선택 라인(Selection Line)(320) 및 복수의 워드 라인들(330)을 포함할 수 있다. 이하, 3차원 플래시 메모리(300)는 적어도 하나의 스트링(310), 적어도 하나의 선택 라인(320) 및 복수의 워드 라인들(330)을 필수적으로 포함하는 가운데, 복수의 워드 라인들(330) 사이에 개재되는 복수의 절연층들(미도시), 적어도 하나의 스트링(310)의 상부에 배치되는 비트 라인 및 하부에 배치되는 소스 라인 등을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the 3D flash memory 300 according to an embodiment includes at least one string 310 , at least one selection line 320 , and a plurality of word lines 330 . can do. Hereinafter, the 3D flash memory 300 essentially includes at least one string 310 , at least one selection line 320 , and a plurality of word lines 330 , and includes a plurality of word lines 330 . It may further include a plurality of insulating layers (not shown) interposed therebetween, a bit line disposed above the at least one string 310 , and a source line disposed below the string 310 .
적어도 하나의 스트링(310)은 기판 상 일 방향(예컨대, z 방향)으로 연장 형성되는 가운데, 각각이 채널층(311) 및 전하 저장층(312)을 포함함으로써, 수직 방향으로 연결되는 복수의 워드 라인들(330) 각각에 대응하는 메모리 셀들을 구성할 수 있다.At least one string 310 is formed to extend in one direction (eg, z-direction) on the substrate, and each includes a channel layer 311 and a charge storage layer 312 , so that a plurality of words are connected in a vertical direction. Memory cells corresponding to each of the lines 330 may be configured.
전하 저장층(312)은 채널층(311)을 감싸도록 연장 형성된 채, 복수의 워드 라인들(330)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지하는 구성요소로서, 3차원 플래시 메모리(300)에서 데이터 저장소의 역할을 하며, 강유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 강유전체 물질은 사방정계(Orthorhombic) 결정 구조를 갖는 HfOx, Al, Zr 또는 Si 중 적어도 하나의 물질이 도핑된 HfOx, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PTO(PbTiO3), SBT(SrBi2Ti2O3), BLT(Bi(La, Ti)O3), PLZT(Pb(La, Zr)TiO3), BST(Bi(Sr, Ti)O3), 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO3), P(VDF-TrFE), PVDF, AlOx, ZnOx, TiOx, TaOx 또는 InOx 중 적어도 하나를 포함함으로써 분극 현상에 의한 전압 변화로 이진 데이터 값을 나타낼 수 있기에, 전하 저장층으로 사용될 수 있다.The charge storage layer 312 is extended to surround the channel layer 311 , and traps charges or holes due to voltages applied through the plurality of word lines 330 , or states of charges (eg, polarization of charges). state), serves as a data storage in the three-dimensional flash memory 300, and may be characterized in that it is formed of a ferroelectric material. Wherein the ferroelectric material is HfO x, Al, of at least one material selected from the group consisting of Zr or Si doped HfO x, PZT has an orthorhombic (Orthorhombic) crystalline structure (Pb (Zr, Ti) O 3), PTO (PbTiO 3) , SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti)O 3 ), barium titanate ( By including at least one of barium titanate, BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x , binary data values can be represented by voltage change due to polarization. , can be used as a charge storage layer.
채널층(311)은 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있으며, 그 내부를 채우는 매립막(미도시)이 더 배치될 수 있다.The channel layer 311 may be formed of single crystalline silicon or polysilicon, and a buried layer (not shown) filling the inside may be further disposed.
적어도 하나의 선택 라인(320)은 적어도 하나의 스트링(310)의 상단에 수직으로 연결되는 적어도 하나의 드레인 선택 라인(Drain Selection Line; DSL)(적어도 하나의 드레인 선택 라인은 적어도 하나의 스트링(310)의 상부에 위치하는 비트 라인(미도시)과 연결됨) 또는 적어도 하나의 스트링(310)의 하단에 수직으로 연결되는 적어도 하나의 소스 선택 라인(Source Selection Line; SSL)(적어도 하나의 소스 선택 라인은 적어도 하나의 스트링(310)의 하부에 위치하는 소스 라인(미도시)과 연결됨) 중 어느 하나로서, W(텅스텐), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Au(구리) 또는 Au(금)과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다.The at least one selection line 320 is at least one drain selection line (DSL) vertically connected to the top of the at least one string 310 (the at least one drain selection line is the at least one string 310 ). ) or at least one source selection line (SSL) vertically connected to the lower end of the at least one string 310 (at least one source selection line) is any one of W (tungsten), Ti (titanium), Ta (tantalum), Au (copper) or Au (gold) ) may be formed of a conductive material such as
이하, 도면에서는 적어도 하나의 선택 라인(320)이 하나의 드레인 선택 라인으로서 도시되나, 설명된 바와 같이 이에 제한되거나 한정되지 않는다.Hereinafter, at least one selection line 320 is illustrated as one drain selection line in the drawings, but as described above, it is not limited or limited thereto.
복수의 워드 라인들(330)은 적어도 하나의 선택 라인(320)의 상부 또는 하부에 위치하며 적어도 하나의 스트링(310)에 수직으로 연결된 채, W(텅스텐), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Au(구리) 또는 Au(금)과 같은 도전성 물질로 형성되어, 각각에 대응하는 메모리 셀들로 전압을 인가하여 메모리 동작(판독 동작, 프로그램 동작 및 소거 동작 등)을 수행할 수 있다.The plurality of word lines 330 are positioned above or below the at least one selection line 320 and are vertically connected to the at least one string 310 , and include W (tungsten), Ti (titanium), and Ta (tantalum). ), Au (copper), or Au (gold) may be formed of a conductive material, and a memory operation (such as a read operation, a program operation, and an erase operation) may be performed by applying a voltage to the corresponding memory cells.
이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리(300)는, 전하 저장층(312)을 강유전체 물질로 형성함에 따라, 기판에 전압을 인가하는 것이 아닌 적어도 하나의 선택 라인(320)에서의 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 현상에 의한 홀 주입 기반 메모리 동작을 수행함을 특징으로 한다. 보다 상세하게, 3차원 플래시 메모리(300)는, 적어도 하나의 스트링(310)의 상부에 위치하는 비트 라인과 적어도 하나의 선택 라인(320) 각각에 인가되는 전압에 따른 GIDL 현상에 의해 홀이 채널층(311)으로 주입 및 확산되는 것에 기초하여, 적어도 하나의 스트링(320)에 대한 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 아래에서 기재하기로 한다.In the three-dimensional flash memory 300 having such a structure, since the charge storage layer 312 is formed of a ferroelectric material, a gate induced drain (GIDL) in at least one selection line 320 rather than applying a voltage to the substrate It is characterized in that the memory operation based on hole injection due to the leakage phenomenon is performed. In more detail, in the 3D flash memory 300 , a hole is formed by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of the bit line positioned above the at least one string 310 and the at least one selection line 320 . Based on the implantation and diffusion into the layer 311 , a hole injection-based program operation may be performed on the at least one string 320 . A detailed description thereof will be provided below.
도 4는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 홀 주입 기반 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이고, 도 5 내지 6은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 대상 스트링에만 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이며, 도 7은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 홀 주입 기반 프로그램 동작에서 인가되는 전압들을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 4 내지 7을 참조하여 설명되는 홀 주입 기반 프로그램 동작은 도 3에 도시된 3차원 플래시 메모리(300)가 주체로서 수행될 수 있다.4 is a simplified circuit diagram for explaining a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an embodiment, and FIGS. 5 to 6 are selections for injecting holes only into a target string in the 3D flash memory according to an embodiment. It is a simplified circuit diagram for explaining a typical hole injection-based program operation, and FIG. 7 is a diagram for explaining voltages applied in a hole injection-based program operation of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment. Hereinafter, the hole injection-based program operation described with reference to FIGS. 4 to 7 may be performed by the 3D flash memory 300 illustrated in FIG. 3 as a subject.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는, 적어도 하나의 스트링의 상부에 위치하는 비트 라인과 적어도 하나의 선택 라인 각각에 인가되는 전압에 따른 GIDL 현상에 의해 홀이 채널층으로 주입 및 확산되는 것에 기초하여, 적어도 하나의 스트링에 대한 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 이하, 홀 주입 기반 프로그램 동작이 수행되는 대상인 대상 메모리 셀을 포함하는 적어도 하나의 스트링을 대상 스트링으로 지칭하고, 복수의 워드 라인들 중 대상 메모리 셀에 대응하는 워드 라인을 선택 워드 라인으로 지칭하며, 복수의 워드 라인들 중 대상 메모리 셀 이외의 메모리 셀들에 대응하는 워드 라인들을 비선택 워드 라인들로 지칭한다.Referring to FIG. 4 , in the 3D flash memory according to an embodiment, a hole is formed into a channel layer by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of a bit line and at least one selection line positioned above at least one string. Based on the injection and diffusion, a hole injection-based program operation for at least one string may be performed. Hereinafter, at least one string including a target memory cell on which a hole injection-based program operation is performed is referred to as a target string, and a word line corresponding to the target memory cell among a plurality of word lines is referred to as a selected word line, Among the plurality of word lines, word lines corresponding to memory cells other than the target memory cell are referred to as unselected word lines.
보다 상세하게, 3차원 플래시 메모리는 대상 메모리 셀(400)을 포함하는 대상 스트링(410)의 비트 라인(411)에 전원 전압(일례로, 10V)을 인가하고 대상 스트링(410)과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인(412)에 전원 전압보다 작은 값의 GIDL 전압(일례로, 2V)을 인가하며 선택 워드 라인(413)에 프로그램 전압(일례로, 0V)를 인가하고 비선택 워드 라인들(414, 415) 각각에 패스 전압(일례로, 7V)을 인가함으로써, 비트 라인(411)과 적어도 하나의 선택 라인(412) 사이에서 전압 차이로 인한 GIDL 현상을 발생시켜 홀이 대상 스트링(410)의 채널층으로 주입 및 확산되도록 하여 대상 메모리 셀(400)에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In more detail, the 3D flash memory applies a power voltage (eg, 10V) to the bit line 411 of the target string 410 including the target memory cell 400 and at least is connected to the target string 410 . A GIDL voltage (eg, 2V) having a value smaller than the power supply voltage is applied to one selected line 412 , a program voltage (eg, 0V) is applied to the selected word line 413 , and unselected word lines 414 . , 415) by applying a pass voltage (for example, 7V) to each of the bit lines 411 and at least one selection line 412 to generate a GIDL phenomenon due to a voltage difference between the bit line 411 and the at least one selection line 412 so that a hole is formed in the target string 410 By allowing injection and diffusion into the channel layer, a selective hole injection-based program operation for the target memory cell 400 may be performed.
특히, 3차원 플래시 메모리는 제1 인접 스트링(420)(대상 스트링(410)과 적어도 하나의 선택 라인(412)을 공유하는 스트링)의 비트 라인(421)에 인가되는 전압 및 제2 인접 스트링(430)(대상 스트링(410)과 비트 라인(411)을 공유하는 스트링)의 적어도 하나의 선택 라인(431)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 제1 인접 스트링(420) 및 제2 인접 스트링(430) 각각에 홀이 주입되지 않도록 하며 대상 스트링(410)에만 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In particular, the three-dimensional flash memory includes a voltage applied to a bit line 421 of a first adjacent string 420 (a string that shares at least one selection line 412 with a target string 410) and a second adjacent string ( The first adjacent string 420 and the second adjacent string 430 by adjusting the voltage applied to at least one selection line 431 of 430 (the string sharing the target string 410 and the bit line 411 ) ), it is possible to perform a selective hole injection-based program operation so that holes are not injected into each and only the target string 410 is injected.
이와 관련하여 도 5를 참조하면, 3차원 플래시 메모리는 제1 인접 스트링(420)의 비트 라인(421)에 전원 전압보다 작은 값의 전압(적어도 하나의 선택 라인(412)에 인가되는 GIDL 전압과 큰 차이가 나지 않는 값의 전압으로, 일례로, 4V)을 인가하여 제1 인접 스트링(420)의 비트 라인(421)과 적어도 하나의 선택 라인(412) 사이에서 GIDL 현상을 발생시키지 않음으로써, 제1 인접 스트링(420)에 홀이 주입되지 않도록 할 수 있다. 이에, 3차원 플래시 메모리는 전술된 바와 같이 대상 스트링(410)의 비트 라인(411)과 적어도 하나의 선택 라인(412) 사이에서만 GIDL 현상을 발생시켜 홀이 대상 스트링(410)의 채널층으로만 주입 및 확산되도록 할 수 있으며, 이를 통해 대상 메모리 셀을 포함하는 대상 스트링(410)에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In this regard, referring to FIG. 5 , the 3D flash memory includes a voltage (GIDL voltage applied to at least one selection line 412) and By applying a voltage of a value that does not differ significantly, for example, 4V, the GIDL phenomenon does not occur between the bit line 421 and the at least one selection line 412 of the first adjacent string 420, A hole may not be injected into the first adjacent string 420 . Accordingly, as described above, the 3D flash memory generates a GIDL phenomenon only between the bit line 411 of the target string 410 and the at least one selection line 412 so that a hole is only formed in the channel layer of the target string 410 . Injection and diffusion may be performed, and through this, a selective hole injection-based program operation may be performed on the target string 410 including the target memory cell.
또한, 도 6을 참조하면, 3차원 플래시 메모리는 제2 인접 스트링(430)과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인(431)에 전원 전압(대상 스트링(410)의 적어도 하나의 선택 라인(412)에 인가되는 GIDL 전압과 큰 차이가 나는 값의 전압으로, 일례로, 10V)을 인가하여 제2 인접 스트링(430)의 비트 라인(411)과 적어도 하나의 선택 라인(431) 사이에서 GIDL 현상을 발생시키지 않음으로써, 제2 인접 스트링(430)에 홀이 주입되지 않도록 할 수 있다. 이에, 3차원 플래시 메모리는 전술된 바와 같이 대상 스트링(410)의 비트 라인(411)과 적어도 하나의 선택 라인(412) 사이에서만 GIDL 현상을 발생시켜 홀이 대상 스트링(410)의 채널층으로만 주입 및 확산되도록 할 수 있으며, 이를 통해 대상 메모리 셀을 포함하는 대상 스트링(410)에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.Also, referring to FIG. 6 , the 3D flash memory is connected to a power supply voltage (at least one selection line 412 of the target string 410 ) connected to at least one selection line 431 connected to the second adjacent string 430 . A GIDL phenomenon is generated between the bit line 411 and the at least one selection line 431 of the second adjacent string 430 by applying a voltage having a large difference from the applied GIDL voltage, for example, 10V. By not doing so, it is possible to prevent a hole from being injected into the second adjacent string 430 . Accordingly, as described above, the 3D flash memory generates a GIDL phenomenon only between the bit line 411 of the target string 410 and the at least one selection line 412 so that a hole is only formed in the channel layer of the target string 410 . Injection and diffusion may be performed, and through this, a selective hole injection-based program operation may be performed on the target string 410 including the target memory cell.
이처럼 대상 스트링(보다 정확하게는 대상 메모리 셀)에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하기 위해, 3차원 플래시 메모리는 도 4 내지 6을 참조하여 설명된 대상 스트링(410)의 비트 라인(411)에 인가되는 전원 전압, 대상 스트링(410)과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인(412)에 인가되는 GIDL 전압, 선택 워드 라인(413)에 인가되는 프로그램 전압, 비선택 워드 라인들(414, 415) 각각에 인가되는 패스 전압, 제1 인접 스트링(420)의 비트 라인(421)에 인가되는 전압 및 제2 인접 스트링(430)과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인(431)에 인가되는 전원 전압을 도 7과 같은 값으로 조절할 수 있다.As such, in order to perform a selective hole injection-based program operation on the target string (more precisely, the target memory cell), the 3D flash memory uses the bit line 411 of the target string 410 described with reference to FIGS. 4 to 6 . A power supply voltage applied to , a GIDL voltage applied to at least one selection line 412 connected to the target string 410 , a program voltage applied to the selected word line 413 , and unselected word lines 414 and 415 ) A pass voltage applied to each, a voltage applied to the bit line 421 of the first adjacent string 420, and a power supply voltage applied to at least one selection line 431 connected to the second adjacent string 430 are shown. It can be adjusted to a value such as 7.
또한, 3차원 플래시 메모리는 상기 전압들이 인가되는 타이밍을 도 7과 같이 조절함으로써, 400ns의 짧은 시간으로 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In addition, the 3D flash memory can perform a selective hole injection-based program operation in a short time of 400 ns by adjusting the timing at which the voltages are applied as shown in FIG. 7 .
이와 같이 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 대상 스트링(410)의 비트 라인(411)과 적어도 하나의 선택 라인(412) 사이에서의 GIDL 현상을 발생시키도록 전압을 인가하는 가운데, 대상 스트링(410)은 물론 인접한 스트링들(420, 430)에 인가되는 전압들을 조절함으로써, 대상 메모리 셀을 포함하는 대상 스트링에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 구현할 수 있다.As described above, in the 3D flash memory according to an embodiment, while applying a voltage to generate a GIDL phenomenon between the bit line 411 of the target string 410 and the at least one selection line 412 , the target string ( By adjusting voltages applied to the 410 and the adjacent strings 420 and 430 , a selective hole injection-based program operation for the target string including the target memory cell may be implemented.
이상, 홀 주입 기반의 프로그램 동작에 대해서만 설명되었으나, 동일한 원리로 홀 주입 기반의 판독 동작 및 소거 동작 역시 수행될 수 있다.Although only the hole injection-based program operation has been described above, the hole injection-based read operation and the erase operation may also be performed in the same principle.
도 8은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하, 3차원 플래시 메모리의 동작 방법은 도 3을 참조하여 설명된 3차원 플래시 메모리(300)가 주체로서, 도 4 내지 7을 참조하여 설명된 내용들에 기초하여 수행될 수 있다.8 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to an exemplary embodiment. Hereinafter, the operation method of the 3D flash memory may be performed based on the contents described with reference to FIGS. 4 to 7 , in which the 3D flash memory 300 described with reference to FIG. 3 is the main body.
도 8을 참조하면, 단계(S810)에서, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 적어도 하나의 스트링의 상부에 위치하는 비트 라인과 적어도 하나의 선택 라인 각각에 전압을 인가할 수 있다.Referring to FIG. 8 , in operation S810 , the 3D flash memory according to an embodiment may apply a voltage to each of a bit line and at least one selection line positioned above at least one string.
그 후 단계(S820)에서, 3차원 플래시 메모리는 적어도 하나의 스트링의 상부에 위치하는 비트 라인과 적어도 하나의 선택 라인 각각에 인가된 전압에 따른 GIDL 현상에 의해 홀이 채널층으로 주입 및 확산되는 것에 기초하여, 적어도 하나의 스트링에 대한 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.After that, in step S820 , the 3D flash memory is formed in which holes are injected and diffused into the channel layer by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of the bit line and the at least one selection line positioned above the at least one string. Based on this, a hole injection-based program operation for at least one string may be performed.
보다 상세하게, 제조 시스템은 단계(S810)를 통해 대상 메모리 셀을 포함하는 대상 스트링의 비트 라인에 전원 전압을 인가하고 대상 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 전원 전압보다 작은 값의 GIDL 전압을 인가하여 대상 스트링의 비트 라인과 적어도 하나의 선택 라인 사이에서 GIDL 현상을 발생시키고 대상 메모리 셀에 대응하는 워드 라인에 프로그램 전압을 인가함으로써, 단계(S820)를 통해 대상 스트링의 비트 라인과 적어도 하나의 선택 라인 사이에서의 GIDL 현상에 기반한 대상 메모리 셀에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In more detail, the manufacturing system applies a power voltage to the bit line of the target string including the target memory cell through step S810 and applies a GIDL voltage having a value smaller than the power supply voltage to at least one selection line connected to the target string. by applying a GIDL phenomenon between the bit line of the target string and at least one selection line and applying a program voltage to the word line corresponding to the target memory cell, through step S820 , the bit line of the target string and at least one A selective hole injection-based program operation may be performed on a target memory cell based on a GIDL phenomenon between selection lines.
특히, 제조 시스템은 단계(S810)에서 대상 스트링과 적어도 하나의 선택 라인을 공유하는 제1 인접 스트링의 비트 라인에 인가되는 전압 및 대상 스트링과 비트 라인을 공유하는 제2 인접 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 인가되는 전압을 조절함으로써, 단계(S820)에서 제1 인접 스트링 및 제2 인접 스트링 각각에 홀이 주입되지 않도록 하며 대상 스트링에만 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In particular, in step S810 , the manufacturing system determines a voltage applied to a bit line of a first adjacent string sharing at least one selection line with the target string and at least one connected to a second adjacent string sharing a bit line with the target string. A selective hole injection-based program operation is performed so that holes are not injected into each of the first and second adjacent strings and only the target string is injected in step S820 by controlling the voltage applied to the selected line of can do.
예를 들어, 제조 시스템은 단계(S810)에서 제1 인접 스트링의 비트 라인에 전원 전압보다 작은 값의 전압이 인가함으로써, 단계(S820)에서 제1 인접 스트링에 홀이 주입되지 않도록 하며 대상 스트링에만 GIDL 현상에 의해 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.For example, in the manufacturing system, a voltage of a value smaller than the power supply voltage is applied to the bit line of the first adjacent string in step S810 , so that a hole is not injected into the first adjacent string in step S820 and only in the target string. It is possible to perform a selective hole injection-based program operation for hole injection by the GIDL phenomenon.
다른 예를 들면, 제조 시스템은 단계(S810)에서 제2 인접 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 전원 전압을 인가함으로써, 단계(S820)에서 제2 인접 스트링에 홀이 주입되지 않도록 하며 대상 스트링에만 GIDL 현상에 의해 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행할 수 있다.For another example, the manufacturing system applies a power voltage to at least one selection line connected to the second adjacent string in step S810 , so that a hole is not injected into the second adjacent string in step S820 and the target string It is possible to perform a selective hole injection-based program operation that allows holes to be injected by the GIDL phenomenon.
도 9는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리를 나타낸 Y-Z 단면도이다. 이하, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(900)는 설명의 편의를 위해 기판, 복수의 스트링들 각각의 상부에 위치하는 비트 라인, 복수의 스트링들 각각의 하부에 위치하는 소스 라인 등의 구성요소가 생략된 채 도시 및 설명될 수 있다. 그러나 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(900)는 이에 제한되거나 한정되지 않고, 도 2를 참조하여 도시된 기존의 3차원 플래시 메모리의 구조에 기초하여 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 이하 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(900)는 두 개의 스트링들을 포함하는 것으로 도시되나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 세 개 이상의 스트링들을 포함할 수 있다.9 is a Y-Z cross-sectional view illustrating a three-dimensional flash memory according to another exemplary embodiment. Hereinafter, for convenience of description, the 3D flash memory 900 according to another embodiment includes a substrate, a bit line positioned above each of the plurality of strings, and a source line positioned below each of the plurality of strings. Elements may be shown and described with omissions. However, the 3D flash memory 900 according to another embodiment is not limited thereto, and may further include additional components based on the structure of the existing 3D flash memory illustrated with reference to FIG. 2 . Also, the 3D flash memory 900 according to another exemplary embodiment is illustrated as including two strings, but is not limited thereto and may include three or more strings.
도 9를 참조하면, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리(900)는 복수의 스트링들(910) 및 복수의 워드 라인들(920)을 포함할 수 있다. 이하, 3차원 플래시 메모리(900)는 복수의 워드 라인들(920) 사이에 개재되는 복수의 절연층들(미도시), 복수의 워드 라인들(920)의 상단에 위치하는 적어도 하나의 드레인 선택 라인(Drain Selection Line; DSL)(적어도 하나의 드레인 선택 라인은 복수의 스트링들(910) 각각의 상부에 위치하는 비트 라인(미도시)과 연결됨), 복수의 워드 라인들(920)의 하단에 위치하는 적어도 하나의 소스 선택 라인(Source Selection Line; SSL)(적어도 하나의 소스 선택 라인은 복수의 스트링들(910) 각각의 하부에 위치하는 소스 라인(미도시)과 연결됨), 복수의 스트링들(910) 각각의 상부에 배치되는 비트 라인 및 하부에 배치되는 소스 라인 등을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , a 3D flash memory 900 according to another embodiment may include a plurality of strings 910 and a plurality of word lines 920 . Hereinafter, in the 3D flash memory 900 , a plurality of insulating layers (not shown) interposed between the plurality of word lines 920 , and at least one drain positioned on top of the plurality of word lines 920 are selected. A line (Drain Selection Line; DSL) (at least one drain selection line is connected to a bit line (not shown) positioned above each of the plurality of strings 910 ) and a plurality of word lines 920 at the lower end At least one source selection line (SSL) positioned (at least one source selection line is connected to a source line (not shown) positioned below each of the plurality of strings 910), a plurality of strings Each of 910 may further include a bit line disposed above and a source line disposed below each of the 910 .
복수의 스트링들(910) 각각은 기판 상 일 방향(예컨대, z 방향)으로 연장 형성되는 가운데, 각각이 채널층(911) 및 전하 저장층(912)을 포함함으로써, 수직 방향으로 연결되는 복수의 워드 라인들(920)에 각각 대응하는 메모리 셀들을 구성할 수 있다.Each of the plurality of strings 910 is formed to extend in one direction (eg, z-direction) on the substrate, and each includes a channel layer 911 and a charge storage layer 912 , so that a plurality of strings connected in a vertical direction are formed. Memory cells respectively corresponding to the word lines 920 may be configured.
전하 저장층(912)은 채널층(911)을 감싸도록 연장 형성된 채, 복수의 워드 라인들(920)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지하는 구성요소로서, 3차원 플래시 메모리(900)에서 데이터 저장소의 역할을 하며, 강유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 강유전체 물질은 사방정계(Orthorhombic) 결정 구조를 갖는 HfOx, Al, Zr 또는 Si 중 적어도 하나의 물질이 도핑된 HfOx, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PTO(PbTiO3), SBT(SrBi2Ti2O3), BLT(Bi(La, Ti)O3), PLZT(Pb(La, Zr)TiO3), BST(Bi(Sr, Ti)O3), 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO3), P(VDF-TrFE), PVDF, AlOx, ZnOx, TiOx, TaOx 또는 InOx 중 적어도 하나를 포함함으로써 분극 현상에 의한 전압 변화로 이진 데이터 값을 나타낼 수 있기에, 전하 저장층으로 사용될 수 있다.The charge storage layer 912 is extended to surround the channel layer 911 and traps charges or holes due to voltages applied through the plurality of word lines 920 , or states of charges (eg, polarization of charges). state), it serves as a data storage in the three-dimensional flash memory 900, and may be characterized in that it is formed of a ferroelectric material. Wherein the ferroelectric material is HfO x, Al, of at least one material selected from the group consisting of Zr or Si doped HfO x, PZT has an orthorhombic (Orthorhombic) crystalline structure (Pb (Zr, Ti) O 3), PTO (PbTiO 3) , SBT(SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti)O 3 ), barium titanate ( By including at least one of barium titanate, BaTiO 3 ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x , binary data values can be represented by voltage change due to polarization. , can be used as a charge storage layer.
채널층(911)은 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있으며, 그 내부를 채우는 매립막(미도시)이 더 배치될 수 있다.The channel layer 911 may be formed of single crystalline silicon or polysilicon, and a buried layer (not shown) filling the inside may be further disposed.
복수의 워드 라인들(920)은 복수의 스트링들(910) 각각에 수직으로 연결된 채, W(텅스텐), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Au(구리) 또는 Au(금)과 같은 도전성 물질로 형성되어, 각각에 대응하는 메모리 셀들로 전압을 인가하여 메모리 동작(판독 동작, 프로그램 동작 및 소거 동작 등)을 수행할 수 있다.The plurality of word lines 920 are vertically connected to each of the plurality of strings 910 and are conductive such as W (tungsten), Ti (titanium), Ta (tantalum), Au (copper), or Au (gold). It is formed of a material, and a memory operation (such as a read operation, a program operation, and an erase operation) may be performed by applying a voltage to the corresponding memory cells.
이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리(900)는, 전하 저장층(912)을 강유전체 물질로 형성함에 따라, 복수의 워드 라인들(920) 중 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 음의 프로그램 전압(Negative program voltage; -Vpgm)을 인가하여 프로그램 동작을 수행함을 특징으로 특징으로 한다. 보다 상세하게, 3차원 플래시 메모리(900)는, 선택된 워드 라인에 인가되는 음의 프로그램 전압 및 복수의 스트링들(910) 중 대상 메모리 셀을 포함하는 선택된 스트링의 비트 라인에 인가되는 접지 전압(GND; 0V) 사이의 전위차를 통해, 선택된 스트링에 채널을 형성하여(보다 정확하게 선택된 스트링에 포함되는 채널층(911) 상에 채널을 형성하여) 대상 메모리 셀에 대한 프로그램 동작을 수행할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 아래에서 기재하기로 한다.In the 3D flash memory 900 having such a structure, as the charge storage layer 912 is formed of a ferroelectric material, a selected word corresponding to a target memory cell to be programmed from among the plurality of word lines 920 . It is characterized in that the program operation is performed by applying a negative program voltage (-Vpgm) to the line. In more detail, the 3D flash memory 900 includes a negative program voltage applied to a selected word line and a ground voltage GND applied to a bit line of a selected string including a target memory cell among the plurality of strings 910 . ; 0V), a channel may be formed in the selected string (more precisely, a channel may be formed on the channel layer 911 included in the selected string) to perform a program operation on the target memory cell. A detailed description thereof will be provided below.
도 10은 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 음의 프로그램 전압 기반 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이고, 도 11은 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리에서 비선택된 스트링들에서의 프로그램을 방지하는 선택적인 프로그램 동작을 설명하기 위한 간략 회로도이다. 이하, 도 10 내지 11을 참조하여 설명되는 프로그램 동작은 도 9에 도시된 3차원 플래시 메모리(900)가 주체로서 수행될 수 있다.10 is a simplified circuit diagram for explaining a negative program voltage-based program operation of a 3D flash memory according to another exemplary embodiment, and FIG. 11 is a schematic diagram of preventing a program in unselected strings in a 3D flash memory according to another exemplary embodiment. It is a simplified circuit diagram for explaining the optional program operation. Hereinafter, the program operation described with reference to FIGS. 10 to 11 may be performed by the 3D flash memory 900 illustrated in FIG. 9 as a subject.
도 10을 참조하면, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는, 선택된 워드 라인(1010)에 인가되는 음의 프로그램 전압(-Vpgm; 예컨대 -10V) 및 복수의 스트링들 중 대상 메모리 셀(1030)을 포함하는 선택된 스트링(1020)의 비트 라인에 인가되는 접지 전압(GND; 0V) 사이의 전위차를 통해, 선택된 스트링(1020)에 채널을 형성하여(보다 정확하게 선택된 스트링(1020)에 포함되는 채널층 상에 채널을 형성하여) 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀(1030)의 전하 저장층으로 전달함으로써 대상 메모리 셀(1030)에 대한 프로그램 동작을 수행할 수 있다Referring to FIG. 10 , in the 3D flash memory according to another embodiment, a negative program voltage (-Vpgm; for example, -10V) applied to a selected word line 1010 and a target memory cell 1030 among a plurality of strings A channel is formed in the selected string 1020 through a potential difference between the ground voltage (GND; 0V) applied to the bit line of the selected string 1020 including A program operation may be performed on the target memory cell 1030 by transferring charges or holes to the charge storage layer of the target memory cell 1030 by forming a channel thereon).
이하 복수의 스트링들 중 프로그램 동작이 수행되는 대상인 대상 메모리 셀(1030)을 포함하는 스트링을 선택된 스트링(1020)으로 지칭하고 선택된 스트링(1020)을 제외한 스트링들을 비선택된 스트링들(1021)으로 지칭하며, 복수의 메모리 셀들 중 대상 메모리 셀(1030)에 가장 가까이 인접하는 메모리 셀들을 인접 메모리 셀들(1031)로 지칭하고 복수의 메모리 셀들 중 인접 메모리 셀들(1031)에 가장 가까이 이웃하는 메모리 셀들(대상 메모리 셀(1030)을 제외한 메모리 셀들)을 이웃 메모리 셀들(1032)로 지칭하며, 복수의 워드 라인들 중 대상 메모리 셀(1030)에 대응하는 워드 라인을 선택된 워드 라인(1010)으로 지칭하고 인접 메모리 셀들(1031)에 대응하는 비선택된 워드 라인들을 비선택된 인접 워드 라인들(1011)으로 지칭하며 이웃 메모리 셀들(1032)에 대응하는 비선택된 워드 라인들을 비선택된 이웃 워드 라인들(1012)으로 지칭한다.Hereinafter, among a plurality of strings, a string including a target memory cell 1030 on which a program operation is performed is referred to as a selected string 1020, and strings excluding the selected string 1020 are referred to as unselected strings 1021, , among the plurality of memory cells, the memory cells closest to the target memory cell 1030 are referred to as adjacent memory cells 1031 , and the memory cells closest to the adjacent memory cells 1031 among the plurality of memory cells (target memory) (memory cells excluding the cell 1030) are referred to as neighboring memory cells 1032, a word line corresponding to the target memory cell 1030 among a plurality of word lines is referred to as a selected word line 1010, and adjacent memory cells The unselected word lines corresponding to 1031 are referred to as unselected adjacent word lines 1011 , and unselected word lines corresponding to the neighboring memory cells 1032 are referred to as unselected neighboring word lines 1012 .
보다 상세하게, 3차원 플래시 메모리는 대상 메모리 셀(1030)을 포함하는 선택된 스트링(1020)의 비트 라인에 접지 전압(GND; 0V)을 인가하고 선택된 스트링(1020)과 연결되는 적어도 하나의 드레인 선택 라인(DSL)에 전원 전압(Vcc)을 인가하며 선택된 스트링(1020)의 소스 라인 및 선택된 스트링(1020)과 연결되는 적어도 하나의 소스 선택 라인(SSL)을 플로팅시키고, 선택된 워드 라인(1010)에 음의 프로그램 전압(-Vpgm; 예컨대 -10V)을 인가함으로써 선택된 워드 라인(1010)에 인가되는 음의 프로그램 전압 및 복수의 스트링들 중 대상 메모리 셀(1030)을 포함하는 선택된 스트링(1020)의 비트 라인에 인가되는 접지 전압(GND; 0V) 사이의 전위차를 형성할 수 있다. 이에, 3차원 플래시 메모리는 선택된 워드 라인(1010)에 인가되는 음의 프로그램 전압 및 복수의 스트링들 중 대상 메모리 셀(1030)을 포함하는 선택된 스트링(1020)의 비트 라인에 인가되는 접지 전압(GND; 0V) 사이의 전위차를 통해 선택된 스트링(1020)에 채널을 형성하여(보다 정확하게 선택된 스트링(1020)에 포함되는 채널층 상에 채널을 형성하여) 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀(1030)의 전하 저장층으로 전달함으로써 대상 메모리 셀(1030)에 대한 프로그램 동작을 수행할 수 있다In more detail, the 3D flash memory applies a ground voltage (GND; 0V) to the bit line of the selected string 1020 including the target memory cell 1030 and selects at least one drain connected to the selected string 1020 . The power supply voltage Vcc is applied to the line DSL, the source line of the selected string 1020 and at least one source selection line SSL connected to the selected string 1020 are floated, and the selected word line 1010 is A negative program voltage applied to the selected word line 1010 by applying a negative program voltage (-Vpgm; for example, -10V) and a bit of the selected string 1020 including the target memory cell 1030 among the plurality of strings A potential difference between the ground voltage (GND; 0V) applied to the line may be formed. Accordingly, in the 3D flash memory, the negative program voltage applied to the selected word line 1010 and the ground voltage GND applied to the bit line of the selected string 1020 including the target memory cell 1030 among the plurality of strings ; 0V) to form a channel in the selected string 1020 (more precisely, by forming a channel on the channel layer included in the selected string 1020) to transfer a charge or a hole to the charge of the target memory cell 1030 By transferring to the storage layer, a program operation on the target memory cell 1030 may be performed.
이 때, 3차원 플래시 메모리는 선택된 스트링(1020)에 포함되는 메모리 셀들 중 대상 메모리 셀(1030)을 제외한 비선택된 메모리 셀들(1031, 1032)이 프로그램되는 것을 방지하기 위해 선택된 스트링(1020)의 비선택된 메모리 셀들(1031, 1032)을 턴 온(Turn on) 시킬 수 있다.In this case, in the 3D flash memory, the ratio of the selected string 1020 to prevent programming of the unselected memory cells 1031 and 1032 excluding the target memory cell 1030 among the memory cells included in the selected string 1020 . The selected memory cells 1031 and 1032 may be turned on.
다만, 대상 메모리 셀(1030)에 가장 가까이에 인접하는 메모리 셀들인 인접 메모리 셀들(1031)의 비선택된 인접 워드 라인들(1011)에 이웃 메모리 셀들(1032)의 비선택된 이웃 워드 라인들(1012)에 인가되는 높은 제1 패스 전압(Vpass1; 예컨대 9V)이 인가될 경우, 음의 프로그램 전압이 인가되는 선택된 워드 라인(1010)과 높은 제1 패스 전압이 인가되는 비선택된 인접 워드 라인들(1011) 사이의 브레이크다운(Breakdown)이 발생될 수 있다. 이에, 3차원 플래시 메모리는 선택된 워드 라인(1010)과 비선택된 인접 워드 라인들(1011) 사이의 브레이크다운을 방지 및 개선하고자, 프로그램 동작 시 비선택된 인접 워드 라인들(1011) 각각을 플로팅시키거나 비선택된 인접 워드 라인들(1011) 각각에 제1 패스 전압보다 작은 값의 제2 패스 전압(Vpass2; 예컨대 2V)을 인가할 수 있다.However, the unselected neighboring word lines 1012 of the neighboring memory cells 1032 are the unselected neighboring word lines 1011 of the neighboring memory cells 1031 which are the memory cells closest to the target memory cell 1030 . When a high first pass voltage Vpass1 (eg, 9V) applied to is applied, the selected word line 1010 to which a negative program voltage is applied and unselected adjacent word lines 1011 to which a high first pass voltage is applied are applied. Breakdown between them may occur. Accordingly, in the 3D flash memory, each of the unselected adjacent word lines 1011 is floated during a program operation to prevent and improve breakdown between the selected word line 1010 and the unselected adjacent word lines 1011 , or A second pass voltage Vpass2 (eg, 2V) having a smaller value than the first pass voltage may be applied to each of the unselected adjacent word lines 1011 .
이러한 경우, 3차원 플래시 메모리는 이웃 메모리 셀들(1032)의 비선택된 이웃 워드 라인들(1012)에 인가되는 제1 패스 전압에 의한 프린징 필드(Fringing field)로 인접 메모리 셀들(1031)을 턴 온 시켜 대상 메모리 셀(1030)만이 프로그램되도록 할 수 있다.In this case, the 3D flash memory turns on the adjacent memory cells 1031 as a fringing field by the first pass voltage applied to the unselected neighboring word lines 1012 of the neighboring memory cells 1032 . Thus, only the target memory cell 1030 can be programmed.
또한, 3차원 플래시 메모리는 복수의 스트링들 중 대상 메모리 셀(1030)을 포함하지 않은 비선택된 스트링들(1021) 각각에 채널을 형성하지 않음으로써 비선택된 스트링들(1021) 각각에 포함되는 메모리 셀들이 프로그램되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the 3D flash memory does not form a channel in each of the unselected strings 1021 that do not include the target memory cell 1030 among the plurality of strings, so that the memory cells included in each of the unselected strings 1021 are memory cells. can be prevented from being programmed.
예를 들어, 도 11을 참조하면 3차원 플래시 메모리는 선택된 스트링(1020)과 적어도 하나의 드레인 선택 라인(DSL)을 공유하는 비선택된 스트링(1021)에 대해, 비선택된 스트링(1021)과 연결되는 비트 라인에 음의 전압(일례로, -5V)을 인가하여 비선택된 스트링(1021)에 채널을 형성하지 않을 수 있다.For example, referring to FIG. 11 , the 3D flash memory is connected to the unselected string 1021 with respect to the unselected string 1021 sharing at least one drain select line DSL with the selected string 1020 . A channel may not be formed in the unselected string 1021 by applying a negative voltage (eg, -5V) to the bit line.
이상, 음의 프로그램 전압이 인가되는 프로그램 동작에 대해서만 설명되었으나, 동일한 원리로 판독 동작 및 소거 동작 역시 수행될 수 있다.In the above, only the program operation to which the negative program voltage is applied has been described, but the read operation and the erase operation may also be performed in the same principle.
도 12는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 동작 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하, 3차원 플래시 메모리의 동작 방법은 도 9를 참조하여 설명된 3차원 플래시 메모리(900)가 주체로서, 도 10 내지 11을 참조하여 설명된 내용들에 기초하여 수행될 수 있다.12 is a flowchart illustrating a method of operating a 3D flash memory according to another exemplary embodiment. Hereinafter, the operation method of the 3D flash memory may be performed based on the contents described with reference to FIGS. 10 to 11 , in which the 3D flash memory 900 described with reference to FIG. 9 is the main body.
도 12를 참조하면, 단계(S1210)에서, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 복수의 스트링들 중 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 스트링의 비트 라인에 접지 전압을 인가할 수 있다.Referring to FIG. 12 , in step S1210 , the 3D flash memory according to another exemplary embodiment applies a ground voltage to a bit line of a selected string corresponding to a target memory cell to be subjected to a program operation among a plurality of strings. can
이어서 단계(S1220)에서, 3차원 플래시 메모리는 복수의 워드 라인들 중 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 음의 프로그램 전압을 인가할 수 있다.Subsequently, in operation S1220 , the 3D flash memory may apply a negative program voltage to a selected word line corresponding to a target memory cell among a plurality of word lines.
이 때, 단계(S1220)에서 3차원 플래시 메모리는, 복수의 워드 라인들 중 대상 메모리 셀에 인접하는 인접 메모리 셀들에 대응하는 비선택된 인접 워드 라인들 각각을 플로팅시키거나 비선택된 인접 워드 라인들 각각에 제1 패스 전압-제1 패스 전압은 복수의 워드 라인들 중 대상 워드 라인 및 비선택된 인접 워드 라인들을 제외한 비선택된 워드 라인들 각각에 인가되는 전압임-보다 작은 값의 제2 패스 전압을 인가함으로써, 선택된 워드 라인과 비선택된 인접 워드 라인들 사이의 브레이크다운(Breakdown)을 개선할 수 있다.In this case, in operation S1220 , the 3D flash memory floats each of the unselected adjacent word lines corresponding to the adjacent memory cells adjacent to the target memory cell among the plurality of word lines, or each of the unselected adjacent word lines A second pass voltage having a value smaller than the first pass voltage - the first pass voltage is a voltage applied to each of the unselected word lines excluding the target word line and the unselected adjacent word lines among the plurality of word lines - is applied By doing so, it is possible to improve a breakdown between the selected word line and the unselected adjacent word lines.
또한, 단계(S1220)에서 3차원 플래시 메모리는, 비선택된 워드 라인들 중 인접 메모리 셀들에 이웃하는 이웃 메모리 셀들-이웃 메모리 셀들은 인접 메모리 셀들 각각에서 대상 메모리 셀을 제외하고 인접한 메모리 셀을 포함함-에 대응하는 비선택된 이웃 워드 라인들에 제1 패스 전압을 인가함으로써, 비선택된 이웃 워드 라인들에 인가되는 제1 패스 전압에 의한 프린징 필드(Fringing field)로 인접 메모리 셀들을 턴 온(Turn on) 시킬 수 있다. 이는 후술되는 단계(S1230)에서 인접 메모리 셀들이 턴 온 됨에 응답하여, 다른 메모리 셀들에서의 프로그램이 방지되며 대상 메모리 셀에 대한 프로그램 동작이 수행될 수 있다.In addition, in step S1220, the 3D flash memory includes adjacent memory cells among the unselected word lines. By applying the first pass voltage to the unselected neighboring word lines corresponding to -, the adjacent memory cells are turned on to a fringing field by the first pass voltage applied to the unselected neighboring word lines. on) can be turned on. In response to the adjacent memory cells being turned on in operation S1230 to be described later, programming in other memory cells may be prevented and a program operation may be performed on the target memory cell.
따라서 단계(S1230)에서, 3차원 플래시 메모리는 선택된 스트링의 비트 라인에 접지 전압이 인가되고 선택된 워드 라인에 음의 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여 프로그램 동작을 수행할 수 있다.Accordingly, in step S1230 , the 3D flash memory may perform a program operation in response to a ground voltage being applied to the bit line of the selected string and a negative program voltage being applied to the selected word line.
보다 상세하게, 단계(S1230)에서 3차원 플래시 메모리는, 선택된 워드 라인에 인가되는 음의 프로그램 전압 및 복수의 스트링들 중 대상 메모리 셀을 포함하는 선택된 스트링의 비트 라인에 인가되는 접지 전압 사이의 전위차를 통해 선택된 스트링에 채널을 형성하여 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀의 전하 저장층으로 전달함으로써 대상 메모리 셀에 대한 프로그램 동작을 수행할 수 있다.In more detail, in the 3D flash memory in operation S1230, the potential difference between the negative program voltage applied to the selected word line and the ground voltage applied to the bit line of the selected string including the target memory cell among the plurality of strings A channel may be formed in the string selected through , and a charge or hole may be transferred to the charge storage layer of the target memory cell, thereby performing a program operation on the target memory cell.
여기서 단계(S1230)에서 3차원 플래시 메모리는, 복수의 스트링들 중 대상 메모리 셀을 포함하지 않은 비선택된 스트링들 각각에 채널을 형성하지 않음으로써 비선택된 스트링들 각각에 포함되는 메모리 셀들이 프로그램되는 것을 방지할 수 있다.Here, in step S1230, the 3D flash memory does not form a channel in each of the unselected strings that do not include the target memory cell among the plurality of strings, so that the memory cells included in each of the unselected strings are programmed. can be prevented
예를 들어, 3차원 플래시 메모리는 선택된 스트링과 적어도 하나의 드레인 선택 라인(DSL)을 공유하는 비선택된 스트링에 대해, 비선택된 스트링과 연결되는 비트 라인에 음의 전압(일례로, -5V)을 인가하여 비선택된 스트링에 채널을 형성하지 않을 수 있다.For example, the 3D flash memory applies a negative voltage (eg, -5V) to a bit line connected to the unselected string for an unselected string that shares at least one drain select line DSL with the selected string. It is possible not to form a channel in the unselected string by applying it.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
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Claims (15)

  1. 3차원 플래시 메모리에 있어서, In the three-dimensional flash memory,
    기판 상 일 방향으로 연장 형성되는 적어도 하나의 스트링-상기 적어도 하나의 스트링은 상기 일 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 일 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함함-; at least one string extending in one direction on a substrate, the at least one string including a channel layer extending in the one direction and a charge storage layer extending in the one direction to surround the channel layer;
    상기 적어도 하나의 스트링의 상단 또는 하단에 수직으로 연결되는 적어도 하나의 선택 라인(Selection Line); 및 at least one selection line vertically connected to an upper end or a lower end of the at least one string; and
    상기 적어도 하나의 선택 라인의 상부 또는 하부에 위치한 채 상기 적어도 하나의 스트링에 수직으로 연결되는 복수의 워드 라인들a plurality of word lines positioned above or below the at least one selection line and vertically connected to the at least one string
    을 포함하고, including,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 적어도 하나의 선택 라인에서의 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 현상에 의한 홀 주입 기반 메모리 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.and performing a hole injection-based memory operation by a Gate Induced Drain Leakage (GIDL) phenomenon in the at least one selection line.
  2. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 적어도 하나의 스트링의 상부에 위치하는 비트 라인과 상기 적어도 하나의 선택 라인 각각에 인가되는 전압에 따른 GIDL 현상에 의해 홀이 상기 채널층으로 주입 및 확산되는 것에 기초하여, 상기 적어도 하나의 스트링에 대한 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.A hole is injected and diffused into the channel layer by a GIDL phenomenon according to a voltage applied to each of the bit line positioned above the at least one string and the at least one selection line. A three-dimensional flash memory, characterized in that it performs a hole injection-based program operation.
  3. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    대상 메모리 셀을 포함하는 대상 스트링의 비트 라인에 전원 전압이 인가되고 상기 대상 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 상기 전원 전압보다 작은 값의 GIDL 전압이 인가되며 상기 대상 메모리 셀에 대응하는 워드 라인에 프로그램 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 GIDL 현상에 기반한 상기 대상 메모리 셀에 대한 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.A power voltage is applied to a bit line of a target string including a target memory cell, a GIDL voltage having a value smaller than the power voltage is applied to at least one selection line connected to the target string, and a word line corresponding to the target memory cell and performing a selective hole injection-based program operation on the target memory cell based on the GIDL phenomenon in response to the application of the program voltage to the .
  4. 제3항에 있어서,4. The method of claim 3,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 대상 스트링과 적어도 하나의 선택 라인을 공유하는 제1 인접 스트링의 비트 라인에 인가되는 전압 및 상기 대상 스트링과 비트 라인을 공유하는 제2 인접 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 인가되는 전압을 조절하여, 상기 제1 인접 스트링 및 상기 제2 인접 스트링 각각에 상기 홀이 주입되지 않도록 하며 상기 대상 스트링에만 상기 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.A voltage applied to a bit line of a first adjacent string sharing at least one selection line with the target string and a voltage applied to at least one selection line connected to a second adjacent string sharing a bit line with the target string 3D flash, characterized in that a selective hole injection-based program operation is performed so that the hole is not injected into each of the first and second adjacent strings and the hole is injected only in the target string by adjusting Memory.
  5. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 제1 인접 스트링의 비트 라인에 상기 전원 전압보다 작은 값의 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 제1 인접 스트링에 상기 홀이 주입되지 않도록 하며 상기 대상 스트링에만 상기 GIDL 현상에 의해 상기 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.to prevent the hole from being injected into the first adjacent string and to inject the hole only into the target string by the GIDL phenomenon in response to a voltage having a value smaller than the power supply voltage being applied to the bit line of the first adjacent string 3D flash memory, characterized in that it performs a selective hole injection-based program operation.
  6. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 제2 인접 스트링과 연결되는 적어도 하나의 선택 라인에 상기 전원 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 제2 인접 스트링에 상기 홀이 주입되지 않도록 하며 상기 대상 스트링에만 상기 GIDL 현상에 의해 상기 홀이 주입되도록 하는 선택적인 홀 주입 기반 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.In response to the power supply voltage being applied to at least one selection line connected to the second adjacent string, the hole is not injected into the second adjacent string and the hole is injected only into the target string by the GIDL phenomenon. 3D flash memory, characterized in that it performs a selective hole injection-based program operation.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전하 저장층은, The charge storage layer,
    강유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.A three-dimensional flash memory, characterized in that it is formed of a ferroelectric material.
  8. 제7항에 있어서,8. The method of claim 7,
    상기 강유전체 물질은, The ferroelectric material is
    사방정계(Orthorhombic) 결정 구조를 갖는 HfOx, Al, Zr 또는 Si 중 적어도 하나의 물질이 도핑된 HfOx, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PTO(PbTiO3), SBT(SrBi2Ti2O3), BLT(Bi(La, Ti)O3), PLZT(Pb(La, Zr)TiO3), BST(Bi(Sr, Ti)O3), 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO3), P(VDF-TrFE), PVDF, AlOx, ZnOx, TiOx, TaOx 또는 InOx 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.Orthorhombic (Orthorhombic) HfO x, Al, of at least one material selected from the group consisting of Zr or Si doped HfO x, PZT has a crystal structure (Pb (Zr, Ti) O 3), PTO (PbTiO 3), SBT (SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti)O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ) ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x 3D flash memory comprising at least one.
  9. 3차원 플래시 메모리에 있어서, In the three-dimensional flash memory,
    기판 상 일 방향으로 연장 형성되는 복수의 스트링들-상기 복수의 스트링들 각각은 상기 일 방향으로 연장 형성되는 채널층 및 상기 채널층을 감싸도록 상기 일 방향으로 연장 형성되는 전하 저장층을 포함하고, 복수의 워드 라인들에 각각 대응하는 복수의 메모리 셀들을 구성함-; 및 A plurality of strings extending in one direction on a substrate - Each of the plurality of strings includes a channel layer extending in the one direction and a charge storage layer extending in the one direction to surround the channel layer, configuring a plurality of memory cells respectively corresponding to a plurality of word lines; and
    상기 복수의 스트링들 각각에 수직으로 연결되는 상기 복수의 워드 라인들the plurality of word lines vertically connected to each of the plurality of strings
    을 포함하고, including,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 복수의 워드 라인들 중 프로그램 동작의 대상이 되는 대상 메모리 셀에 대응하는 선택된 워드 라인에 음의 프로그램 전압(Negative program voltage)이 인가됨에 응답하여 상기 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.and performing the program operation in response to a negative program voltage being applied to a selected word line corresponding to a target memory cell to be programmed among the plurality of word lines. Memory.
  10. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 선택된 워드 라인에 인가되는 상기 음의 프로그램 전압 및 상기 복수의 스트링들 중 상기 대상 메모리 셀을 포함하는 선택된 스트링의 비트 라인에 인가되는 접지 전압 사이의 전위차를 통해 상기 선택된 스트링에 채널을 형성하여 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.A channel is formed in the selected string through a potential difference between the negative program voltage applied to the selected word line and a ground voltage applied to a bit line of a selected string including the target memory cell among the plurality of strings. and performing the program operation on a target memory cell.
  11. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 복수의 워드 라인들 중 상기 대상 메모리 셀에 인접하는 인접 메모리 셀들에 대응하는 비선택된 인접 워드 라인들 각각이 플로팅되거나 상기 비선택된 인접 워드 라인들 각각에 제1 패스 전압-상기 제1 패스 전압은 상기 복수의 워드 라인들 중 상기 대상 워드 라인 및 상기 비선택된 인접 워드 라인들을 제외한 비선택된 워드 라인들 각각에 인가되는 전압임-보다 작은 값의 제2 패스 전압이 인가됨에 응답하여, 상기 선택된 워드 라인과 상기 비선택된 인접 워드 라인들 사이의 브레이크다운(Breakdown)을 개선하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.Each of the unselected adjacent word lines corresponding to the adjacent memory cells adjacent to the target memory cell among the plurality of word lines is floated, or a first pass voltage to each of the unselected adjacent word lines - the first pass voltage is A voltage applied to each of the unselected word lines except for the target word line and the unselected adjacent word lines among the plurality of word lines is a voltage applied to each of the plurality of word lines; and a breakdown between the unselected adjacent word lines.
  12. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 비선택된 워드 라인들 중 상기 인접 메모리 셀들에 이웃하는 이웃 메모리 셀들-상기 이웃 메모리 셀들은 상기 인접 메모리 셀들 각각에서 상기 대상 메모리 셀을 제외하고 인접한 메모리 셀을 포함함-에 대응하는 비선택된 이웃 워드 라인들에 인가되는 상기 제1 패스 전압에 의한 프린징 필드(Fringing field)로 상기 인접 메모리 셀들을 턴 온(Turn on) 시켜 상기 대상 메모리 셀에 대한 상기 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.An unselected neighboring word corresponding to neighboring memory cells neighboring the neighboring memory cells among the unselected word lines, each of the neighboring memory cells including a neighboring memory cell except for the target memory cell 3D, characterized in that the program operation is performed on the target memory cell by turning on the adjacent memory cells to a fringing field by the first pass voltage applied to the lines. flash memory.
  13. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 전하 저장층은, The charge storage layer,
    강유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.A three-dimensional flash memory, characterized in that it is formed of a ferroelectric material.
  14. 제13항에 있어서,14. The method of claim 13,
    상기 강유전체 물질은, The ferroelectric material is
    사방정계(Orthorhombic) 결정 구조를 갖는 HfOx, Al, Zr 또는 Si 중 적어도 하나의 물질이 도핑된 HfOx, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PTO(PbTiO3), SBT(SrBi2Ti2O3), BLT(Bi(La, Ti)O3), PLZT(Pb(La, Zr)TiO3), BST(Bi(Sr, Ti)O3), 티탄산바륨(barium titanate, BaTiO3), P(VDF-TrFE), PVDF, AlOx, ZnOx, TiOx, TaOx 또는 InOx 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.Orthorhombic (Orthorhombic) HfO x, Al, of at least one material selected from the group consisting of Zr or Si doped HfO x, PZT has a crystal structure (Pb (Zr, Ti) O 3), PTO (PbTiO 3), SBT (SrBi 2 Ti 2 O 3 ), BLT(Bi(La, Ti)O 3 ), PLZT(Pb(La, Zr)TiO 3 ), BST(Bi(Sr, Ti)O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ) ), P(VDF-TrFE), PVDF, AlO x , ZnO x , TiO x , TaO x or InO x 3D flash memory comprising at least one.
  15. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 3차원 플래시 메모리는, The three-dimensional flash memory,
    상기 복수의 스트링들 중 상기 대상 메모리 셀을 포함하지 않는 비선택된 스트링들 각각에 채널을 형성하지 않음으로써, 상기 비선택된 스트링들 각각에 포함되는 메모리 셀들이 프로그램되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.3D characterized in that by not forming a channel in each of the unselected strings that do not include the target memory cell among the plurality of strings, the memory cells included in each of the unselected strings are prevented from being programmed. flash memory.
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