WO2023053466A1 - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Definitions

  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a memory system including a semiconductor memory device according to an embodiment and a host device;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the configuration of a memory cell array of a semiconductor memory device according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an example of a cross-sectional structure of a memory cell array of a semiconductor memory device according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an example of the configuration of a row decoder module, a driver module, and a memory cell array of a semiconductor memory device according to an embodiment;
  • the semiconductor memory device 1 includes a plurality of memory cell transistors and stores data in a non-volatile manner.
  • Semiconductor memory device 1 is connected to memory controller 2 by a NAND bus.
  • the built-in memory 21 is, for example, a semiconductor memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), and is used as a work area for the CPU 20.
  • the built-in memory 21 stores firmware for managing the semiconductor memory device 1 and various management tables.
  • the input/output circuit 11 transmits and receives signals DQ ⁇ 7:0> to and from the memory controller 2 .
  • the input/output circuit 11 transfers the address ADD and command CMD in the signals DQ ⁇ 7:0> to the address register 13 and command register 14, respectively.
  • the input/output circuit 11 also transmits and receives the sense amplifier module 18 and data DAT.
  • Each NAND string NS includes, for example, eight memory cell transistors MT (MT0 to MT7) and selection transistors STD and STS.
  • the number of memory cell transistors MT provided in each NAND string NS is not limited to eight, and may be 16, 32, 48, 64, 96, 128, or the like. is not limited. That is, the number of word lines WL included in the block BLK is not limited to 8, but may be 16, 32, 48, 64, 96, 128, etc., and the number is limited. not a thing
  • the memory cell transistor MT has a stacked gate including a control gate and a charge storage layer. Each memory cell transistor MT is connected in series between select transistors STD and STS.
  • the semiconductor substrate 30 includes a P-type well region 31 provided near the upper surface of the semiconductor substrate 30 .
  • the P-type well region 31 is a region containing P-type impurities (for example, boron). P-type well region 31 is used as source line SL.
  • the upper end of the contact LI is located in a layer between the conductor layers 34 and 35 .
  • a lower end of the contact LI is in contact with the N-type semiconductor region 40 .
  • Contact LI is a conductor.
  • Contact LI is used as source line SL.
  • Each memory pillar MP includes, for example, a core member 50, a semiconductor film 51, a tunnel insulating film 52, a charge storage film 53, a block insulating film 54, and a semiconductor portion 55.
  • the semiconductor film 51 covers the side surface of the core member 50 .
  • the upper end of the semiconductor film 51 is located above the upper end of the core member 50 .
  • the semiconductor film 51 contains polysilicon, for example.
  • the tunnel insulating film 52 covers the side surface of the semiconductor film 51 .
  • the tunnel insulating film 52 contains silicon oxide.
  • each row decoder RD the gate of the transistor TS is connected to the transfer gate line BLKSEL.
  • a first end of the transistor TS is connected to the driver module 16 via a signal line CGS.
  • a second end of the transistor TS is connected to the select gate line SGS.
  • the voltages of the signal lines CGUS and CGUD in the read operation are, for example, the ground voltage VSS. That is, when the "H" level voltage is applied to the transfer gate line BLKSELn of the row decoder RD, the ground voltage VSS is applied to the selection gate lines SGS and SGD0 to SGD3 of the block BLK corresponding to the row decoder RD. (the selection transistors STS and STD are turned off).
  • the voltage of the P-type well region 61 drops to the voltage VEE that is lower than the ground voltage VSS, so that the word line WL_BLKUSEL is brought into a floating state (floating in FIG. 9). As a result, a leakage current starts to flow from the word line WL_BLKUSEL toward the P-type well region 61 . Therefore, the voltage of the word line WL_BLKUSEL starts to drop.
  • the driver module 16 applies the ground voltage VSS to the back gate line CGBG and the source line SL.
  • the word line WL_BLKUSEL As the voltage of the P-type well region 61 drops to the voltage VEE, the word line WL_BLKUSEL is brought into a floating state (floating in FIG. 10). As a result, a leak current starts flowing from the word line WL_BLKUSEL toward the P-type well region 61 . Therefore, the voltage of the word line WL_BLKUSEL starts to drop.
  • the semiconductor memory device 1 applies the voltage VBB to the P-type well region 61 as the word line WL_BLKSEL is boosted to the read voltage VREAD in the read operation.
  • the voltage of the word line WL_BLKUSEL can be boosted to the voltage VBB. Therefore, even if the selected block BLK in the next read operation is different from the selected block BLK in the previous read operation, it is possible to suppress the decrease in read speed.
  • the threshold voltages of the memory cell transistors MT included in the "Er” and “A” to “C” states have, for example, negative values.
  • the required value of the voltage VCU can be made lower than when the threshold voltages of the memory cell transistors MT included in the "Er” and “A” to “C” states are 0 or have a positive value.
  • the read voltage VREAD is set higher than the read voltage when the threshold voltages of the memory cell transistors MT included in the "Er” and “A” to “C” states have 0 or a positive value. can be lowered, the voltage VCU can be lowered. Therefore, the difference between voltage VBB and voltage VCU can be reduced. Therefore, the voltage of the word line WL can be maintained at approximately the same level as the voltage VCU by periodically selecting the word line without boosting the voltage of the word line to the voltage VCU.
  • a voltage equivalent to the voltage VBB applied to the P-type well region 61 is applied to the source line SL during the standby period.

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Abstract

半導体記憶装置の動作速度の向上を図る。実施形態に係る半導体記憶装置は、第1メモリセルと、上記第1メモリセルのゲートに接続されたワード線と、上記ワード線に接続された第1端を有する第1トランジスタと、読出し動作において上記第1トランジスタのバックゲートに正の第1電圧を印加するように構成された制御回路と、を備える。

Description

半導体記憶装置
 実施形態は、半導体記憶装置に関する。
 半導体記憶装置としてNAND型フラッシュメモリが知られている。
日本国特開2021-64731号公報
 半導体記憶装置の動作速度の向上を図る。
 実施形態に係る半導体記憶装置は、第1メモリセルと、上記第1メモリセルのゲートに接続されたワード線と、上記ワード線に接続された第1端を有する第1トランジスタと、読出し動作において上記第1トランジスタのバックゲートに正の第1電圧を印加するように構成された制御回路と、を備える。
実施形態に係る半導体記憶装置を含むメモリシステム、及びホスト機器の構成の一例を示すブロック図。 実施形態に係る半導体記憶装置の構成の一例を示すブロック図。 実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの構成を説明するための回路図。 実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの断面構造の一例を説明するための断面図。 実施形態に係る半導体記憶装置のロウデコーダモジュール、ドライバモジュール、及びメモリセルアレイの構成の一例を説明するための回路図。 実施形態に係る半導体記憶装置のロウデコーダモジュールの平面レイアウトの一例。 図6のVII-VII線に沿ったロウデコーダモジュールの断面図。 実施形態に係る半導体記憶装置の備えるメモリセルトランジスタの閾値電圧分布を説明するための図。 実施形態に係る半導体記憶装置を用いた読出し動作時の各配線の電圧を示すタイミングチャート。 実施形態に係る半導体記憶装置を用いた読出し動作時の各配線の電圧を示すタイミングチャート。 変形例に係る半導体記憶装置を用いた読出し動作時の各配線の電圧を示すタイミングチャート。
 以下に、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。
 なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付す。同様の構成を有する要素同士を特に区別する場合、同一符号の末尾に、互いに異なる文字又は数字を付加する場合がある。
 1. 実施形態
 1.1 構成
 1.1.1 メモリシステム
 まず、メモリシステムの構成例について、図1を用いて説明する。図1は、実施形態に係る半導体記憶装置を含むメモリシステム、及びホスト機器の構成の一例を示すブロック図である。
 ホスト機器4は、例えばデジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、及びデータセンタ内のサーバ等である。ホスト機器4は、メモリシステム3内に記憶されるデータを識別するためのアドレス情報を記憶する。ホスト機器4は、当該アドレス情報に基づき、メモリシステム3内のデータの書込み及び読出しを指示可能に構成される。
 メモリシステム3は、例えば、SSD(solid state drive)やSDTMカード等である。メモリシステム3は、例えば、外部のホスト機器4と通信する。メモリシステム3は、ホスト機器4からのデータを記憶する。また、メモリシステム3は、データをホスト機器4に読み出す。
 メモリシステム3は、半導体記憶装置1及びメモリコントローラ2を備える。
 半導体記憶装置1は、複数のメモリセルトランジスタを備え、データを不揮発に記憶する。半導体記憶装置1は、メモリコントローラ2とNANDバスによって接続される。
 NANDバスは、NANDインタフェースに従った信号DQ<7:0>、DQS、/DQS、/CE、CLE、ALE、/WE、/RE、RE、/WP、及び/RBの各々について、個別の信号線を介して送受信を行う。信号DQSは、データストローブ(Data Strobe)信号である。信号DQSは、信号DQ<7:0>に係る半導体記憶装置1の動作タイミングを制御するために使用される。信号/DQSは、信号DQSの相補信号である。信号/CEは、チップイネーブル(Chip Enable)信号である。信号/CEは、半導体記憶装置1をイネーブルにするための信号である。信号CLEは、コマンドラッチイネーブル(Command Latch Enable)信号である。信号CLEは、信号CLEが“H(High)”レベルである間に半導体記憶装置1に流れる信号DQ<7:0>がコマンドであることを半導体記憶装置1に通知する。信号ALEは、アドレスラッチイネーブル(Address Latch Enable)信号である。信号ALEは、信号ALEが“H”レベルである間に半導体記憶装置1に流れる信号DQ<7:0>がアドレスであることを半導体記憶装置1に通知する。信号/WEは、ライトイネーブル(Write Enable)信号である。信号/WEは、半導体記憶装置1に信号DQ<7:0>を取り込むことを指示する。信号/REは、リードイネーブル(Read Enable)信号である。信号/REは、半導体記憶装置1に信号DQ<7:0>を出力することを指示する。信号REは、信号/REの相補信号である。信号/WPは、ライトプロテクト(Write Protect)信号である。信号/WPは、データの書込み及び消去の禁止を半導体記憶装置1に指示する。信号/RBは、レディビジー(Ready Busy)信号である。信号/RBは、半導体記憶装置1がレディ状態(外部からの命令を受け付ける状態)であるか、ビジー状態(外部からの命令を受け付けない状態)であるかを示す。
 信号DQ<7:0>は、例えば8ビットの信号である。信号DQ<7:0>は、半導体記憶装置1とメモリコントローラ2との間で送受信される。信号DQ<7:0>は、アドレスADD、コマンドCMD、及びデータDATを含む。コマンドCMDは、半導体記憶装置1全体を制御するための信号である。データDATは、読出しデータ及び書込みデータを含む。
 メモリコントローラ2は、ホスト機器4から命令を受取る。メモリコントローラ2は、当該受け取った命令に基づいて半導体記憶装置1を制御する。具体的には、メモリコントローラ2は、ホスト機器4から受け取った書込み命令に基づいて、書込みを命令されたデータを半導体記憶装置1に書き込む。また、メモリコントローラ2は、ホスト機器4から受け取った読出し命令に基づいて、ホスト機器4から読出しを命令されたデータを半導体記憶装置1から読出してホスト機器4に送信する。
 1.1.2 メモリコントローラ
 図1に示されるように、メモリコントローラ2は、CPU(Central Processing Unit)20、内蔵メモリ21、バッファメモリ22、NAND I/F(NANDインタフェース回路)23、及びホスト I/F(ホストインタフェース回路)24を含む。メモリコントローラ2は、例えばSoC(System-on-a-chip)として構成される。
 CPU20は、メモリコントローラ2全体の動作を制御する。CPU20は、例えば、半導体記憶装置1に書込み動作、読出し動作、及び消去動作等の各種動作の実行を指示するためのコマンドを発行する。
 内蔵メモリ21は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体メモリであり、CPU20の作業領域として使用される。内蔵メモリ21は、半導体記憶装置1を管理するためのファームウェア、及び各種の管理テーブル等を記憶する。
 バッファメモリ22は、ホスト機器4から受信した書込みデータや、メモリコントローラ2が半導体記憶装置1から受信した読出しデータ等を一時的に記憶する。
 NANDインタフェース回路23は、NANDバスを介して半導体記憶装置1と接続される。NANDインタフェース回路23は、半導体記憶装置1との通信を司る。NANDインタフェース回路23は、CPU20の指示により、コマンドCMD、アドレスADD、及び書込みデータを半導体記憶装置1に送信する。また、NANDインタフェース回路23は、半導体記憶装置1から読出しデータを受信する。
 ホストインタフェース回路24は、ホストバスを介してホスト機器4と接続される。ホストインタフェース回路24は、メモリコントローラ2とホスト機器4との間の通信を司る。ホストインタフェース回路24は、例えば、ホスト機器4から受け取った命令及びデータを、それぞれCPU20及びバッファメモリ22に転送する。
 1.1.3 半導体記憶装置
 次に、実施形態に係る半導体記憶装置1の構成例について、図2を用いて説明する。図2は、実施形態に係る半導体記憶装置1の構成の一例を示すブロック図である。
 半導体記憶装置1は、メモリセルアレイ10、入出力回路11、ロジック制御回路12、アドレスレジスタ13、コマンドレジスタ14、シーケンサ15、ドライバモジュール16、ロウデコーダモジュール17、及びセンスアンプモジュール18を含む。
 メモリセルアレイ10は、n(nは1以上の整数)個のブロックBLK0~BLK(n-1)を含む。各ブロックBLKは、データを不揮発に記憶することが可能な複数のメモリセルトランジスタの集合であり、例えばデータの消去単位として使用される。すなわち、同一ブロックBLK内に含まれるメモリセルトランジスタに記憶されるデータは、一括して消去される。メモリセルアレイ10の詳細な構成については後述する。
 入出力回路11は、信号DQ<7:0>を、メモリコントローラ2との間で送受信する。入出力回路11は、信号DQ<7:0>内のアドレスADD及びコマンドCMDを、それぞれアドレスレジスタ13及びコマンドレジスタ14に転送する。また、入出力回路11は、センスアンプモジュール18及びデータDATを送受信する。
 ロジック制御回路12は、メモリコントローラ2から、例えば、信号DQS、/DQS、/CE、CLE、ALE、/WE、/RE、RE、及び/WPを受信し、当該受信した信号に基づいて、入出力回路11を制御する。また、ロジック制御回路12は、信号/RBを生成し、メモリコントローラ2に送信する。
 アドレスレジスタ13は、入出力回路11から転送されるアドレスADDを記憶する。アドレスレジスタ13は、当該記憶したアドレスADDをロウデコーダモジュール17及びセンスアンプモジュール18に転送する。
 コマンドレジスタ14は、入出力回路11から転送されるコマンドCMDを記憶する。コマンドレジスタ14は、当該記憶したコマンドCMDをシーケンサ15に転送する。
 シーケンサ15は、コマンドレジスタ14からコマンドCMDを受け取る。シーケンサ15は、当該受け取ったコマンドCMDに基づくシーケンスに従って、半導体記憶装置1全体を制御する。例えば、シーケンサ15は、消去コマンド、書込みコマンド、及び読出しコマンドを受け取った場合にそれぞれ、ドライバモジュール16に対して、対応する動作において使用される電圧を生成するよう指示する。
 ドライバモジュール16は、シーケンサ15からの指示に基づいて、消去動作、書込み動作、及び読出し動作等に使用される電圧を生成する。ドライバモジュール16は、当該生成した電圧を、メモリセルアレイ10、ロウデコーダモジュール17、及びセンスアンプモジュール18等に供給する。
 ロウデコーダモジュール17は、アドレスレジスタ13からアドレスADD内のブロックアドレスを受け取る。ロウデコーダモジュール17は、当該ブロックアドレスに基づいてブロックBLK0~BLK(n-1)のいずれかを選択する。ロウデコーダモジュール17は、例えば選択したブロックBLKに、ドライバモジュール16から供給された電圧を印加する。
 センスアンプモジュール18は、アドレスレジスタ13からアドレスADD内のカラムアドレスを受け取る。センスアンプモジュール18は、当該カラムアドレスに基づいて、メモリコントローラ2とメモリセルアレイ10との間で、データDATを転送する。より具体的には、センスアンプモジュール18は、書込み動作の際には、入出力回路11から書込みデータを受け取る。センスアンプモジュール18は、当該受け取った書込みデータをメモリセルアレイ10に転送する。また、センスアンプモジュール18は、読出し動作の際には、メモリセルアレイ10内の読出し動作の対象となるメモリセルトランジスタの閾値電圧をセンスして読出しデータを生成する。センスアンプモジュール18は、当該生成した読出しデータを入出力回路11に転送する。
 1.1.4 メモリセルアレイ
 (回路構成)
 実施形態に係る半導体記憶装置1のメモリセルアレイ10の回路構成について、図3を用いて説明する。図3は、実施形態に係る半導体記憶装置1のメモリセルアレイ10の構成を説明するための回路図の一例である。
 ブロックBLKは、例えば4つのストリングユニットSU(SU0、SU1、SU2、及びSU3)を含む。各ストリングユニットSUは、複数のNANDストリングNSを含む。
 NANDストリングNSの各々は、例えば8個のメモリセルトランジスタMT(MT0~MT7)と、選択トランジスタSTD及びSTSと、を備える。なお、各々のNANDストリングNSに備えられるメモリセルトランジスタMTの個数は8個に限られず、16個、32個、48個、64個、96個、及び128個等であってもよく、その数は限定されるものではない。すなわち、ブロックBLKに含まれるワード線WLの本数は8本に限られず、16本、32本、48本、64本、96本、及び128本等であってもよく、その数は限定されるものではない。メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートと電荷蓄積層とを含む積層ゲートを備える。各メモリセルトランジスタMTは、選択トランジスタSTD及びSTSの間に、直列に接続される。
 あるブロックBLK内において、ストリングユニットSU0~SU3の選択トランジスタSTDのゲートは、それぞれ選択ゲート線SGD(SGD0~SGD3)に接続される。また、ブロックBLK内のストリングユニットSUの選択トランジスタSTSのゲートは、選択ゲート線SGSに共通接続される。なお、選択ゲート線SGSは、選択ゲート線SGDと同様に、ストリングユニットSU0~SU3の選択トランジスタSTSのゲートがそれぞれ選択ゲート線SGS0~SGS3(図示せず)に接続されてもよい。同一のブロックBLK内のメモリセルトランジスタMT0~MT7の制御ゲートは、それぞれワード線WL0~WL7に接続される。すなわち、ワード線WL及び選択ゲート線SGSは、同一のブロックBLK内のストリングユニットSU0~SU3に共通接続される。一方、選択ゲート線SGDは、同一のブロックBLK内のストリングユニットSUの1つに接続される。
 また、メモリセルアレイ10内でマトリクス状に配置されたNANDストリングNSのうち、同一行にあるNANDストリングNSの選択トランジスタSTDの第2端は、m(mは2以上の整数)本のビット線BL(BL0~BL(m-1))のいずれかに接続される。また、ビット線BLは、n個のブロックBLKにわたって、同一列のNANDストリングNSに共通接続される。
 また、選択トランジスタSTSの第2端は、ソース線SLに接続される。ソース線SLは、n個のブロックBLKにわたって、複数のNANDストリングNSに共通接続される。
 上述のとおり、消去動作は、例えば同一のブロックBLK内にあるメモリセルトランジスタMTに対して一括して行われる。一方、書込み動作、及び読出し動作は、いずれかのブロックBLKのいずれかのストリングユニットSUにおける、いずれかのワード線WLに共通接続された複数のメモリセルトランジスタMTに対して、一括して行われ得る。1つのストリングユニットSU内でワード線WLを共有するメモリセルトランジスタMTの組は、例えばセルユニットCUと称される。つまり、セルユニットCUは、一括して書込み動作、又は読出し動作が実行され得るメモリセルトランジスタMTの組である。
 セルユニットCU内の複数のメモリセルトランジスタMTの各々に記憶された1ビットのデータのデータ列の単位が「ページ」として定義される。1つのメモリセルトランジスタMTは、例えば3ビットデータを記憶可能である。この3ビットデータを、それぞれ下位(lower)ビット、中位(middle)ビット、及び上位(upper)ビットと呼ぶ。この場合、セルユニットCUには、3ページ分のデータが記憶され、セルユニットCU内の各々のメモリセルトランジスタMTの記憶する下位ビットの集合を下位ページと呼び、中位ビットの集合を中位ページと呼び、上位ビットの集合を上位ページと呼ぶ。なお、メモリセルトランジスタMTは、3ビットに限らず、2ビット、又は4ビット以上のデータが記憶可能に構成されてもよい。
 (構造)
 次にメモリセルアレイ10の構造について図4を用いて説明する。図4は、実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの断面構造の一例を説明するための断面図である。図4では、1つのブロックBLKに対応する領域のメモリセルアレイ10の構造が示される。
 図4において、X方向はビット線BLが延びる方向であり、Y方向はワード線WLが延びる方向であり、Z方向は半導体記憶装置1が形成される半導体基板の上面に対する鉛直方向である。
 メモリセルアレイ10は、半導体基板30、導電体層32~36、複数のメモリピラーMP、並びに複数の部材SHE及びSLTを含む。
 半導体基板30は、半導体基板30の上面の近傍に設けられるP型ウェル領域31を含む。P型ウェル領域31は、P型不純物(例えば、ボロン)を含む領域である。P型ウェル領域31は、ソース線SLとして使用される。
 P型ウェル領域31は、P型ウェル領域31の上面の近傍に設けられるN型半導体領域40を含む。N型半導体領域40は、N型不純物(例えば、リン)を含む領域である。
 P型ウェル領域31の上方には、図示しない絶縁体層を介して導電体層32が形成される。導電体層32は、例えばXY平面に沿って広がった板状に形成される。導電体層32は、選択ゲート線SGSとして使用される。導電体層32は、例えばタングステンを含む。
 導電体層32の上方には、図示しない絶縁体層と導電体層33とが交互に積層される。導電体層33は、例えばXY平面に沿って広がった板状に形成される。導電体層33は、半導体基板30側から順に、それぞれワード線WL0~WL7として使用される。導電体層33は、例えばタングステンを含む。
 最上層の導電体層33の上方には、図示しない絶縁体層を介して導電体層34が形成される。導電体層34は、例えばXY平面に沿って広がった板状に形成される。導電体層34は、選択ゲート線SGDとして使用される。導電体層34は、例えばタングステンを含む。
 導電体層34の上方には、図示しない絶縁体層を介して導電体層35が設けられる。導電体層35は、例えばX方向に延びるライン状に形成される。導電体層35は、ビット線BLとして使用される。すなわち、図示しない領域において、複数の導電体層35が、Y方向に沿って配列する。導電体層35は、例えば銅を含む。
 部材SLTの各々は、Z方向に延び、導電体層32~34を分断する。隣り合う2つの部材SLTによって区切られた領域は、1つのブロックBLKに対応する。
 部材SLTの各々は、コンタクトLI及びスペーサSPを含む。
 コンタクトLIの上端は、導電体層34と導電体層35との間の層に位置する。コンタクトLIの下端は、N型半導体領域40に接する。コンタクトLIは導電体である。コンタクトLIは、ソース線SLとして使用される。
 スペーサSPは、コンタクトLIの側面を覆う。スペーサSPは、絶縁体である。
 このような部材SLTの構成により、コンタクトLIと導電体層32~34との間は、スペーサSPによって電気的に絶縁される。
 メモリピラーMPの各々は、隣り合う2つの部材SLTの間において、導電体層35の下方においてZ方向に延伸して設けられ、導電体層32~34を貫通する。メモリピラーMPの各々の底部は、P型ウェル領域31に接する。
 メモリピラーMPの各々は、例えばコア部材50、半導体膜51、トンネル絶縁膜52、電荷蓄積膜53、ブロック絶縁膜54、及び半導体部55を含む。
 コア部材50は、例えばZ方向に延伸して設けられる。コア部材50の上端は、導電体層34よりも上方に位置する。コア部材50の下端は、P型ウェル領域31に接する。コア部材50は、例えば酸化シリコンを含む。
 半導体膜51は、コア部材50の側面を覆う。半導体膜51の上端は、コア部材50の上端よりも上方に位置する。半導体膜51は、例えばポリシリコンを含む。
 トンネル絶縁膜52は、半導体膜51の側面を覆う。トンネル絶縁膜52は、酸化シリコンを含む。
 電荷蓄積膜53は、トンネル絶縁膜52の側面を覆う。電荷蓄積膜53は、例えばトラップ準位を有する絶縁体(例えば、窒化シリコン)を含む。
 ブロック絶縁膜54は、電荷蓄積膜53の側面を覆う。ブロック絶縁膜54は、例えば酸化シリコンを含む。
 半導体部55は、コア部材50の上端を覆うように設けられる。半導体部55の側面は、半導体膜51のうちコア部材50の上端よりも上方に位置する部分に覆われる。
 半導体部55の上面には、導電体層36が設けられる。導電体層36の上面には、導電体層35が接する。
 以上で説明したメモリピラーMPの構造において、メモリピラーMPと導電体層32とが交差した部分は、選択トランジスタSTSとして機能する。メモリピラーMPと導電体層33とが交差した部分は、メモリセルトランジスタMTとして機能する。メモリピラーMPと導電体層34とが交差した部分は、選択トランジスタSTDとして機能する。半導体膜51は、メモリセルトランジスタMT0~MT7、並びに選択トランジスタSTS及びSTDのそれぞれのチャネルとして機能する。電荷蓄積膜53は、メモリセルトランジスタMTの電荷蓄積層として機能する。
 部材SHEは、導電体層34を分断するように設けられる。部材SHEの上端は、導電体層34と導電体層35との間の層に位置する。部材SHEの下端は、導電体層33と導電体層34との間の層に位置する。部材SHEは、絶縁体である。
 以上のようなメモリセルアレイ10の構造において、部材SLT及びSHEによって区切られた領域のそれぞれが、1つのストリングユニットSUに対応する。また、メモリセルアレイ10には、例えば図4に示されたブロックBLKの構造が、X方向に繰り返し配置される。
 1.1.5 ロウデコーダモジュール
 (回路構成)
 次に、ロウデコーダモジュール17の構成について、図5を用いて説明する。図5は、実施形態に係る半導体記憶装置のロウデコーダモジュール、ドライバモジュール、及びメモリセルアレイの構成の一例を説明するための回路図である。
 ロウデコーダモジュール17は、ロウデコーダRD0~RDnを含む。ロウデコーダRD0~RDnは、ブロックBLKの選択に使用される。ロウデコーダRD0~RDnはそれぞれ、ブロックBLK0~BLK(n-1)に関連付けられる。
 各ロウデコーダRDは、例えばブロックデコーダBD、並びにトランジスタTS、TUS、TW(TW0~TW7)、TD(TD0~TD3)、及びTUD(TUD0~TUD3)を含む。トランジスタTS、TUS、TW、TD、及びTUDは、例えば高耐圧のNチャネル型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)である。トランジスタTW0~TW7は、それぞれ対応するブロックBLKに含まれるワード線WL0~WL7に関連付けられる。トランジスタTS、及びTD0~TD3のそれぞれ、並びにトランジスタTUS、及びTUD0~TUD3のそれぞれは、対応するブロックBLKに含まれる選択ゲート線SGS、及びSGD0~SGD3に関連付けられる。
 ブロックデコーダBDは、アドレスADD内のブロックアドレスをデコードする。ブロックデコーダBDは、例えば当該デコードの結果に基づいて、転送ゲート線BLKSEL及びBLKSELnにそれぞれ“H(High)”レベルの電圧及び“L(Low)”レベルの電圧を印加する。ブロックデコーダBDは、転送ゲート線BLKSELに“H”レベルの電圧を印加する間、転送ゲート線BLKSELnに“L”レベルの電圧を印加する。また、ブロックデコーダBDは、転送ゲート線BLKSELに“L”レベルの電圧を印加する間、転送ゲート線BLKSELnに“H”レベルの電圧を印加する。
 トランジスタTS、TUS、TW、TD、及びTUDは、ドライバモジュール16と対応するブロックBLKとを、信号線CG(CGS、CGUS、CG0~CG7、CGD0~CGD3、及びCGUD)を介して接続する。
 より具体的には、各ロウデコーダRDにおいて、トランジスタTSのゲートは、転送ゲート線BLKSELに接続される。トランジスタTSの第1端は、信号線CGSを介してドライバモジュール16に接続される。トランジスタTSの第2端は、選択ゲート線SGSに接続される。
 トランジスタTUSのゲートは、転送ゲート線BLKSELnに接続される。トランジスタTUSの第1端は、信号線CGUSを介してドライバモジュール16に接続される。トランジスタTUSの第2端は、トランジスタTSの第2端とともに、選択ゲート線SGSに接続される。
 トランジスタTWの各々のゲートは、転送ゲート線BLKSELに接続される。各トランジスタTWの第1端は、信号線CG0~CG7のうち対応する信号線を介してドライバモジュール16に接続される。各トランジスタTWの第2端は、対応するワード線WLに接続される。
 各トランジスタTDのゲートは、転送ゲート線BLKSELに接続される。各トランジスタTDの第1端は、信号線CGD0~CGD3のうち対応する信号線を介してドライバモジュール16に接続される。各トランジスタTDの第2端は、対応する選択ゲート線SGDに接続される。
 各トランジスタTUDのゲートは、転送ゲート線BLKSELnに接続される。各トランジスタTUDの第1端は、信号線CGUDを介してドライバモジュール16に接続される。各トランジスタTUDの第2端は、対応するトランジスタTDとともに、対応する選択ゲート線SGDに接続される。
 トランジスタTS、TUS、TW、TD、及びTUDのうち、トランジスタTW0~TW7のそれぞれのバックゲートは、共通のバックゲート線CGBGを介してドライバモジュール16に接続される。すなわち、トランジスタTW0~TW7は、バックゲートを共有する。一方で、トランジスタTS、TUS、TD、及びTUDは、トランジスタTW0~TW7とバックゲートを共有しない。
 転送ゲート線BLKSELに“H”レベルの電圧が印加される場合に、トランジスタTS、TW0~TW7、及びTD0~TD3はオン状態になる。これにより、各信号線CGS、CG0~CG7、及びCGD0~CGD3の電圧がそれぞれ、トランジスタTS、TW0~TW7、及びTD0~TD3を介して、選択ゲート線SGS、ワード線WL0~WL7、及び選択ゲート線SGD0~SGD3に転送される。転送ゲート線BLKSELに“L”レベルの電圧が印加される場合に、トランジスタTS、TW0~TW7、及びTD0~TD3はオフ状態になる。
 転送ゲート線BLKSELnに“H”レベルの電圧が印加される場合(転送ゲート線BLKSELに“L”レベルの電圧が印加される場合)に、トランジスタTUS、及びTUD0~TUD3はオン状態になる。これにより、信号線CGUSの電圧が、トランジスタTUSを介して、選択ゲート線SGSに転送される。また、信号線CGUDの電圧が、トランジスタTUD0~TUD3を介して、選択ゲート線SGD0~SGD3に転送される。転送ゲート線BLKSELnに“L”レベルの電圧が印加される場合(転送ゲート線BLKSELに“H”レベルの電圧が印加される場合)に、トランジスタTUS、及びTUD0~TUD3はオフ状態になる。読出し動作における信号線CGUS及びCGUDの電圧は、例えば接地電圧VSSである。すなわち、ロウデコーダRDの転送ゲート線BLKSELnに“H”レベルの電圧が印加される場合に、当該ロウデコーダRDに対応するブロックBLKの選択ゲート線SGS及びSGD0~SGD3には接地電圧VSSが印加される(選択トランジスタSTS及びSTDがオフ状態になる)。
 (平面レイアウト)
 実施形態に係る半導体記憶装置1のロウデコーダモジュール17の平面レイアウトについて図6を用いて説明する。図6は、実施形態に係る半導体記憶装置のロウデコーダモジュールの平面レイアウトの一例である。
 ロウデコーダモジュール17は、半導体基板30上に設けられる。
 ロウデコーダモジュール17は、N型ウェル領域60を含む。N型ウェル領域60は、N型不純物を含む領域である。N型ウェル領域60は、例えば矩形状を有する。
 P型ウェル領域61は、N型ウェル領域60内に形成される。P型ウェル領域61は、P型不純物を含む領域である。P型ウェル領域61は、例えば矩形状を有する。
 ロウデコーダRD0~RDnは、例えば各々が矩形状を有し、X方向に沿ってこの順に並ぶ。
 ロウデコーダRD0~RDnは、P型ウェル領域61を共有する。より具体的には、各々のロウデコーダRDに含まれるトランジスタTWは、P型ウェル領域61の内側に設けられる。
 各ロウデコーダRDにおいて、トランジスタTS、TUS、TD、及びTUD、並びにブロックデコーダBDは、N型ウェル領域60の外側に設けられる。
 (断面構造)
 実施形態に係る半導体記憶装置1のロウデコーダモジュール17のトランジスタTWの構造について、図7を用いて説明する。図7は、図6のVII-VII線に沿ったロウデコーダモジュールの断面図である。図7では、ロウデコーダRD1~RDnに含まれる構造が省略され、ロウデコーダRD0のトランジスタTW0を含む構造が例示される。
 トランジスタTWの断面図において、半導体基板30は、N型ウェル領域60の底面及び側面を囲む。N型ウェル領域60は、P型ウェル領域61の底面及び側面を囲む。
 N型ウェル領域60の上部には、N型半導体領域62が形成される。
 N型半導体領域62上には、コンタクトとして機能する導電体層70が設けられる。導電体層70は、例えばドライバモジュール16に接続される。
 P型ウェル領域61の上部には、所定の間隔をあけて、2つのN型半導体領域63が形成される。2つのN型半導体領域63の間のP型ウェル領域61の上方には、図示しないゲート絶縁膜を介してゲート電極71が設けられる。このような構成により、P型ウェル領域61上に、MOSFET構造が形成される。
 ゲート電極71の上面上には、コンタクトとして機能する導電体層72が設けられる。導電体層72は、転送ゲート線BLKSELに接続される。
 2つのN型半導体領域63の上面上には、それぞれコンタクトとして機能する導電体層73が設けられる。2つの導電体層73のうち一方の導電体層73は、対応するワード線WLに接続される。2つの導電体層73のうち他方の導電体層73は、対応する信号線CGに接続される。
 なお、図7では、ロウデコーダRD0に含まれるトランジスタTW0を含む構造を図示したが、ロウデコーダRD0に含まれるトランジスタTW1~TW7、及びその他のロウデコーダRDに含まれるトランジスタTWもロウデコーダRD0に含まれるトランジスタTW0の構造と実質的に同等の構造を有する。
 P型ウェル領域61の上部のうちトランジスタTWのX方向に沿った外側には、P型半導体領域64が形成される。P型半導体領域64の上面上には、柱状のコンタクトとして機能する導電体層74が設けられる。導電体層74は、バックゲート線CGBGに接続される。これにより、P型ウェル領域61には、導電体層74及びP型半導体領域64を介して、バックゲート線CGBGの電圧が印加される。すなわち、P型ウェル領域61は、トランジスタTWのバックゲートとして機能する。
 なお、図7では、N型半導体領域62及びP型半導体領域64が、トランジスタTWとX方向に沿って並ぶ場合を示したが、これに限られない。N型半導体領域62は、トランジスタTWとの位置関係に関わらず、N型ウェル領域60の上部に形成されていればよい。また、P型半導体領域64は、トランジスタTWとの位置関係に関わらず、P型ウェル領域61の上部に形成されていればよい。
 1.1.6 メモリセルトランジスタの閾値電圧分布
 実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧分布について、図8を用いて説明する。図8は、実施形態に係る半導体記憶装置の備えるメモリセルトランジスタの閾値電圧分布を説明するための図である。図8は、実施形態に係る半導体記憶装置1におけるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧分布の一例を示している。図8に示す閾値電圧分布の縦軸はメモリセルトランジスタMTの個数に対応し、横軸はメモリセルトランジスタMTの閾値電圧Vthに対応している。
 図8に示すように、実施形態に係る半導体記憶装置1では、例えば複数のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧によって、8つの閾値電圧分布が形成される。以下では、当該8つの閾値電圧分布を、閾値電圧の低い方から順に、“ER”状態、“A”状態、“B”状態、“C”状態、“D”状態、“E”状態、“F”状態、及び“G”状態と呼ぶ。
 “Er”状態は、例えばデータの消去状態に相当する。“Er”状態に含まれる閾値電圧は電圧VA未満である。
 “A”~“G”状態は、“Er”状態を基準として、電荷蓄積層に電荷が注入されてデータが書き込まれた状態に相当する。“A”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VA以上であり、かつ電圧VB未満である(ただし、VB>VA)。“B”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VB以上であり、かつ電圧VC未満である(ただし、VC>VB)。“C”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VC以上であり、かつ電圧VD未満である(ただし、VD>VC)。“D”状態に含まれる閾値電圧は、電圧VD以上であり、かつ電圧VE未満である(ただし、VE>VD)。“E”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VE以上であり、かつ電圧VF未満である(ただし、VF>VE)。“F”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VF以上であり、かつ電圧VG未満である(VG>VF)。“G”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、電圧VG以上であり、かつ読出し電圧VREAD未満である(ただし、VREAD>VG)。
 電圧VA、VB、及びVCは、例えば負の電圧であり、電圧VDは接地電圧VSSであり、電圧VE、VF、及びVGは正の電圧である。換言すると、“Er”、及び“A”~“C”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、例えば負の値を有する。“D”~“G”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、例えば0又は正の値を有する。
 メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートに電圧VA~VGのいずれかの電圧が印加された場合に、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧に応じてオン状態又はオフ状態になる。より具体的には、メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートに電圧VA~VGのいずれかの電圧が印加されると、メモリセルトランジスタMTが当該印加される電圧未満の閾値電圧を有する場合にオン状態になり、メモリセルトランジスタMTが当該印加される電圧以上の閾値電圧を有する場合にオフ状態になる。また、メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートに読出し電圧VREADが印加されると、メモリセルトランジスタMTの閾値電圧によらずにオン状態になる。
 以上で説明された8種類のメモリセルトランジスタMTの閾値電圧分布には、それぞれ異なる3ビットデータが割り当てられる。以下に、閾値電圧分布に対するデータの割り付けの一例を列記する。以下では、各状態に割り付けられるデータが、当該状態に対応して“上位ビット、中位ビット、下位ビット”の順に示される。
 “ER”状態:“1、1、1”データ
 “A”状態:“1、1、0”データ
 “B”状態:“1、0、0”データ
 “C”状態:“0、0、0”データ
 “D”状態:“0、1、0”データ
 “E”状態:“0、1、1”データ
 “F”状態:“0、0、1”データ
 “G”状態:“1、0、1”データ。
 このようなデータの割り付けが適用された場合に、下位ビットで構成される1ページデータ(下位ページデータ)は、電圧VA及びVEのそれぞれを用いた読み出し動作によって確定する。中位ビットで構成される1ページデータ(中位ページデータ)は、電圧VB、VD、及びVFのそれぞれを用いた読み出し動作によって確定する。上位ビットで構成される1ページデータ(上位ページデータ)は、電圧VC及びVGのそれぞれを用いた読み出し動作によって確定する。
 1.2 読出し動作
 次に、実施形態の半導体記憶装置1を用いた読出し動作について説明する。以下では、下位ページデータの読出し動作について、電圧VEを用いた動作の後に、電圧VAを用いた動作を実行する場合(動作例1)、及び電圧VAを用いた動作の後に、電圧VEを用いた動作を実行する場合(動作例2)を例に説明する。
 なお、以下の説明において、読出し動作の対象であるメモリセルトランジスタMTを選択メモリセルトランジスタMTと呼称する。また、選択メモリセルトランジスタMTを含むブロックBLK、及び選択メモリセルトランジスタMTを含まないブロックBLKをそれぞれ、選択ブロックBLK、及び非選択ブロックBLKと呼称する。また、選択ブロックBLKにおいて、選択メモリセルトランジスタMTに対応するワード線WL及びストリングユニットSUをそれぞれ、選択ワード線WL及び選択ストリングユニットSUと呼称する。また、選択ブロックBLKに含まれるワード線WL及びストリングユニットSUのうち、選択ワード線WLを除くワード線WL、及び選択ストリングユニットSUを除くストリングユニットSUをそれぞれ、非選択ワード線WL及び非選択ストリングユニットSUと呼称する。
 1.2.1 動作例1
 実施形態に係る読出し動作の動作例1について、図9を用いて説明する。図9は、実施形態に係る半導体記憶装置を用いた読出し動作の際の各配線の電圧の一例を示すタイミングチャートである。なお、図示しないが、N型ウェル領域60には、導電体層70、及びN型半導体領域62を介して、例えばドライバモジュール16から電圧VCCが印加される(VCC>VSS)。
 時刻t10において、ロウデコーダモジュール17は、選択ブロックBLKに関連付けられるロウデコーダRDの転送ゲート線BLKSEL(図9中、及び以下の説明では、BLKSEL_SELと呼称する)に、“H”レベルの電圧を印加する。これにより、選択ブロックBLKのトランジスタTS、TW、及びTDがオン状態になる。また、ロウデコーダモジュール17は、選択ブロックBLKに関連付けられるロウデコーダRDの転送ゲート線BLKSELnに、“L”レベルの電圧を印加する(図示せず)。これにより、選択ブロックBLKのトランジスタTUS、及びTUDがオフ状態になる。また、ロウデコーダモジュール17は、非選択ブロックBLKに関連付けられるロウデコーダRDの転送ゲート線BLKSEL(図9中、及び以下の説明では、BLKSEL_USELと呼称する)に、“L”レベルの電圧を印加する。なお、転送ゲート線BLKSELに印加される“L”レベルの電圧は負の電圧である。これにより、非選択ブロックBLKのトランジスタTS、TW、及びTDはオフ状態になる。また、ロウデコーダモジュール17は、非選択ブロックBLKに関連付けられるロウデコーダRDの転送ゲート線BLKSELnに、“H”レベルの電圧を印加する(図示せず)。これにより、非選択ブロックBLKのトランジスタTUS、及びTUDがオン状態になる。このため、選択ゲート線SGS及びSGD0~SGD3のそれぞれに、接地電圧VSSが印加され、非選択ブロックBLKの選択トランジスタSTS及びSTDはオフ状態になる。
 また、ロウデコーダモジュール17は、選択ストリングユニットSUに対応する選択ゲート線SGD(図9中、及び以下の説明では、SGD_SELと呼称する)、及びSGSに電圧VSGDを転送する(VSGD>VSS)。電圧VSGDは、選択トランジスタSTD及びSTSをオン状態にする電圧である。また、ロウデコーダモジュール17は、非選択ストリングユニットSUに対応する選択ゲート線SGD(図9中、及び以下の説明では、SGD_USELと呼称する)に、接地電圧VSSを印加する。これにより、選択ストリングユニットSUの選択トランジスタSTD、及び選択トランジスタSTSがオン状態になり、非選択ストリングユニットSUの選択トランジスタSTDがオフ状態になる。
 また、ロウデコーダモジュール17は、選択ブロックBLKの全てのワード線WL(図9中、及び以下の説明では、WL_BLKSELと呼称する)に、読出し電圧VREADを転送する。これにより、選択ブロックBLK内のメモリセルトランジスタMTがオン状態になる。
 また、ドライバモジュール16は、バックゲート線CGBGに電圧VBBを印加する。これにより、P型ウェル領域61の電圧が電圧VBBに上昇する。電圧VBBは、電圧VCC未満であり、かつ接地電圧VSSよりも高い電圧である。このような電圧VBBであれば、例えばワード線WL_BLKSELの電圧が接地電圧VSSと同等である際に、P型ウェル領域61を介して、N型ウェル領域60からワード線WLに向かう電流が流れることを抑制することができる。また、例えばワード線WL_BLKSELの電圧が読出し電圧VREADと同等になった際に、P型ウェル領域61を介して、ワード線WLからN型ウェル領域60に向かう電流が流れることを抑制することができる。
 上述のようにP型ウェル領域61の電圧が電圧VBBに上昇することによって、非選択ブロックBLKのワード線WL(図9中、及び以下の説明では、WL_BLKUSELと呼称する)には、P型ウェル領域61の電圧VBBが、当該ワード線WL_BLKUSELに接続されるN型半導体領域63及び導電体層73を介して印加される。
 また、ドライバモジュール16は、ソース線SLに電圧VSLを印加する(VSL>VSS)。
 時刻t11において、ロウデコーダモジュール17は、ワード線WL_BLKSELのうちの選択ワード線WL(図9中、及び以下の説明では、WL_SELと呼称する)に、電圧VEを転送する。また、ロウデコーダモジュール17は、非選択ワード線WL(図9中、及び以下の説明では、WL_USELと呼称する)の電圧を、読出し電圧VREADに維持する。
 また、センスアンプモジュール18は、ビット線BLに電圧VBLを印加し、ビット線BLのプリチャージを行う(VBL>VSS)。
 以上の動作により、選択メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が電圧VEよりも高いかどうかが判定される。
 時刻t12において、バックゲート線CGBGには、電圧VEEが印加される。電圧VEEは、例えば電圧VAよりも低い、負の電圧である(VSS>VA>VEE)。電圧VEEは、例えば転送ゲート線BLKSELに印加される“L”レベルの電圧と同等の高さを有する。これにより、P型ウェル領域61の電圧が電圧VEEに低下する。
 また、P型ウェル領域61の電圧が接地電圧VSS以下の電圧VEEに低下することにより、ワード線WL_BLKUSELがフローティング状態になる(図9中、フローティング)。これにより、ワード線WL_BLKUSELからP型ウェル領域61に向かうリーク電流が流れ始める。このため、ワード線WL_BLKUSELの電圧が低下し始める。
 時刻t13において、ロウデコーダモジュール17は、選択ワード線WL_SELに電圧VAを転送する。また、ロウデコーダモジュール17は、非選択ワード線WL_USELの電圧を、読出し電圧VREADに維持する。これらの動作により、選択メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が電圧VAよりも高いかどうかが判定される。
 時刻t14において、センスアンプモジュール18は、ビット線BLに接地電圧VSSを印加する。
 また、ロウデコーダモジュール17は、選択ワード線WL_SELに読出し電圧VREADを転送する。
 また、ドライバモジュール16は、バックゲート線CGBG、及びソース線SLに接地電圧VSSを印加する。
 時刻t15において、ロウデコーダモジュール17は、ワード線WL_BLKSELの電圧を電圧VCUまで低下させる。電圧VCUは、例えば読出し電圧VREADよりも低く、電圧VBBよりも高い電圧である。また、ロウデコーダモジュール17は、選択ゲート線SGD_SEL及びSGSに接地電圧VSSを転送する。
 なお、ワード線BLKSELの電圧が電圧VCUに維持される場合、ワード線BLKSELを含むブロックが再び選択された際に、ワード線BLKSELを読出し電圧VREADまで昇圧する動作の負荷が軽減される。しかしながら、読出し動作の後、ワード線WL_BLKSELの電圧は、ワード線WL_BLKSELからP型ウェル領域61へのリーク電流により、時間の経過とともに低下していく。
 時刻t16において、ロウデコーダモジュール17は、各々のロウデコーダRDの転送ゲート線BLKSELに“L”レベルの電圧を印加する。これにより、各々のロウデコーダRDのトランジスタTS、TW、及びTDがオフ状態になる。また、ロウデコーダモジュール17は、各々のロウデコーダRDの転送ゲート線BLKSELnに、“H”レベルの電圧を印加する。これにより、各々のロウデコーダRDのトランジスタTUS、及びTUDがオン状態になる。このため、各々のブロックBLKの選択ゲート線SGS及びSGD0~SGD3のそれぞれに、接地電圧VSSが印加され、各々のブロックBLKの選択トランジスタSTS及びSTDはオフ状態になる。
 以上のようにして、選択メモリセルトランジスタMTの下位ページデータが読み出される。
 1.2.2 動作例2
 実施形態に係る読出し動作の動作例2について、図10を用いて説明する。図10は、実施形態に係る半導体記憶装置を用いた読出し動作の際の各配線の電圧の一例を示すタイミングチャートである。以下では、動作例2について、動作例1と同等の動作の説明を省略し、動作例1と異なる点について主に説明する。
 時刻t21において、ロウデコーダモジュール17は、選択ワード線WL_SELに、電圧VAを転送する。これにより、選択メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が電圧VAよりも高いかどうかが判定される。
 また、ドライバモジュール16は、バックゲート線CGBGに、電圧VEEを印加する。これにより、P型ウェル領域61の電圧が電圧VEEに低下する。
 P型ウェル領域61の電圧が電圧VEEに低下することにより、ワード線WL_BLKUSELがフローティング状態になる(図10中、フローティング)。これにより、ワード線WL_BLKUSELからP型ウェル領域61に向かって、リーク電流が流れ始める。このため、ワード線WL_BLKUSELの電圧が低下し始める。
 時刻t22において、ドライバモジュール16は、バックゲート線CGBGに、接地電圧VSSを印加する。
 また、ロウデコーダモジュール17は、選択ワード線WL_SELに、電圧VEを転送する。これにより、選択メモリセルトランジスタMTの閾値電圧が電圧VEよりも高いかどうかが判定される。
 以上の動作によって、選択メモリセルトランジスタMTの下位ページデータが読み出される。
 1.3 実施形態に係る効果
 実施形態に係る半導体記憶装置1によれば、半導体記憶装置1の動作速度の向上を図ることができる。以下に、実施形態に係る半導体記憶装置1の効果について説明する。
 実施形態によれば、信号線CGの電圧をワード線WLに転送するトランジスタTWは、半導体基板30上のP型ウェル領域61内に設けられる。また、読出し動作において、ロウデコーダモジュール17が、トランジスタTWを介してワード線WL_BLKSELを読出し電圧VREADに昇圧する際に、ドライバモジュール16は、P型ウェル領域61(バックゲート)に正の電圧VBBを印加する。これにより、実施形態に係る半導体記憶装置1によれば、ロウデコーダモジュール17がワード線WLの電圧を読出し電圧VREADに昇圧する際に、基板効果に起因するトランジスタTWに流れる電流の減少を抑制することができる。すなわち、実施形態に係る半導体記憶装置1によれば、ワード線WL_BLKSELの読出し電圧VREADへの昇圧を補助することができ、ワード線WL_BLKSELの電圧を昇圧するための時間の増加を抑制することができる。したがって、実施形態に係る半導体記憶装置1は、読出し速度の低下を抑制することができる。また、実施形態に係る半導体記憶装置1であれば、トランジスタTWに流れる電流を維持しつつ、トランジスタTWのサイズの増加を抑制することもできる。
 また、実施形態に係る半導体記憶装置1は、読出し動作におけるワード線WL_BLKSELの読出し電圧VREADへの昇圧に伴い、P型ウェル領域61に電圧VBBを印加する。これにより、ワード線WL_BLKUSELの電圧を電圧VBBに昇圧することができる。このため、次回の読出し動作における選択ブロックBLKが、前回の読出し動作における選択ブロックBLKと異なる場合であっても、読出し速度の低下を抑制することができる。
 補足すると、読出し動作の際のP型ウェル領域の電圧が接地電圧VSSである場合、ワード線の電圧は、以前に選択された際に電圧VCUを印加されていたとしても、例えばリーク電流によって、次に選択されるまでに接地電圧VSSまで低下し得る。この場合、半導体記憶装置は、ワード線WL_BLKSELの電圧を接地電圧VSSから昇圧することが要求される。
 実施形態によれば、ワード線WL_BLKUSELの電圧は、読出し動作が実行される毎に、P型ウェル領域61を介して電圧VBBに昇圧される。これにより、ワード線WL_BLKUSELの電圧は、読出し動作の度に、電圧VBBに昇圧される。このため、半導体記憶装置1は、ワード線WL_BLKSELを接地電圧VSSよりも高い電圧から昇圧開始することができる。したがって、ワード線WLの昇圧に要する時間の増加を抑制することができる。
 また、実施形態によれば、“Er”、及び“A”~“C”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧は、例えば負の値を有する。これにより、電圧VCUの要求値は、“Er”、及び“A”~“C”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が0又は正の値を有する場合よりも低くすることができる。すなわち、実施形態によれば、読出し電圧VREADを、“Er”、及び“A”~“C”状態に含まれるメモリセルトランジスタMTの閾値電圧が0又は正の値を有する場合の読出し電圧よりも低くすることができるため、電圧VCUを低くすることができる。このため、電圧VBBと電圧VCUとの間の差を小さくすることができる。したがって、定期的に選択することでワード線の電圧を電圧VCUに昇圧させることなく、ワード線WLの電圧を電圧VCUと同程度に維持することができる。
 補足すると、半導体記憶装置は、読出し電圧VREADへの昇圧量を小さくするため、各ブロックに対して定期的に読出し動作を実行する。これにより、ワード線の電圧が電圧VCU程度に維持される。しかしながら、上述の通り、ワード線の電圧は、リーク電流によって低下し得る。
 実施形態によれば、電圧VBBと電圧VCUとの間の差を小さくすることができる。これにより、非選択ブロックのワード線の電圧を、読出し動作毎に電圧VCU程度まで昇圧できる可能性がある。このため、定期的な読出し動作を実行することなく、読出し電圧VREADへの昇圧量を小さくすることができ得る。したがって、半導体記憶装置1の消費電流の増加を抑制しつつ、読出し速度の低下を抑制することができる。
 2. 変形例
 なお、上述の実施形態は、種々の変形が可能である。
 以下に、変形例に係る半導体記憶装置について説明する。以下の説明では、変形例に係る半導体記憶装置の構成及び動作について、実施形態に係る半導体記憶装置1と異なる点を中心に説明する。変形例に係る半導体記憶装置によっても実施形態と同等の効果が奏される。
 実施形態に係る半導体記憶装置1では、読出し動作を実行しない期間(以下、スタンバイ期間と呼称する)において、バックゲート線CGBGに接地電圧VSSが印加される場合を例に説明したが、これに限られない。半導体記憶装置1は、例えばスタンバイ期間において、バックゲート線CGBGに電圧VBBが印加されるように構成されてもよい。
 変形例に係る半導体記憶装置の構成は、実施形態に係る半導体記憶装置1の構成と同等とすることができる。以下では、変形例に係る半導体記憶装置を用いた動作について、実施形態に係る半導体記憶装置1を用いた動作と異なる点について主に説明する。
 スタンバイ期間において、ドライバモジュール16は、バックゲート線CGBGに、電圧VBBを印加する。これにより、ワード線WLの電圧は電圧VBBになる。また、ドライバモジュール16は、ソース線SLに電圧VBBを印加する。
 時刻t34において、ドライバモジュール16は、バックゲート線CGBGに、再び電圧VBBを印加する。これにより、ワード線WL_BLKUSELの電圧は、電圧VBBになる。
 また、ドライバモジュール16は、ソース線SLに、再び電圧VBBを印加する。
 変形例によれば、半導体記憶装置1は、スタンバイ期間においても、バックゲート線CGBGに電圧VBBを印加するように構成される。これにより、ワード線WL_BLKSELの読出し電圧VREADへの昇圧を開始する際に、改めてバックゲート線CGBGの電圧を電圧VBBまで昇圧するための時間を省略することができる。したがって、読出し速度の低下を抑制することができる。
 また、例えばワード線WLとソース線SL(コンタクトLI)との間に絶縁不良が発生している不良のブロックBLK(以下、単に不良のブロックと呼称する)がある場合に、ワード線WLとソース線SLとの間のリーク電流の発生を抑制し、消費電流の増加を抑制することができる。
 補足すると、不良のブロックがある場合に、例えばスタンバイ期間においてP型ウェル領域に電圧VBBが印加され、ソース線に接地電圧VSSが印加されると、P型ウェル領域からソース線に向かって、不良のブロックのワード線を介したリーク電流が流れてしまう。これにより、消費電流が増加してしまう可能性がある。
 変形例によれば、スタンバイ期間において、ソース線SLには、P型ウェル領域61に印加される電圧VBBと同等の電圧が印加される。これにより、不良のブロックBLKがある場合であっても、P型ウェル領域61とソース線SLとの間のリーク電流の発生を抑制することができる。
 3. その他
 上記ではいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
 1…半導体記憶装置、2…メモリコントローラ、3…メモリシステム、4…ホスト機器、10…メモリセルアレイ、11…入出力回路、12…ロジック制御回路、13…アドレスレジスタ、14…コマンドレジスタ、15…シーケンサ、16…ドライバモジュール、17…ロウデコーダモジュール、18…センスアンプモジュール、20…CPU、21…内蔵メモリ、22…バッファメモリ、23…NAND I/F、24…ホスト I/F、30…半導体基板、31…P型ウェル領域、32~36…導電体層、40、62、63…N型半導体領域、50…コア部材、51…半導体膜、52…トンネル絶縁膜、53…電荷蓄積膜、54…ブロック絶縁膜、55…半導体部、60…N型ウェル領域、61…P型ウェル領域、64…P型半導体領域、70、72、73、74…導電体層、71…ゲート電極、BLK…ブロック、SU…ストリングユニット、NS…NANDストリング、CU…セルユニット、BL…ビット線、WL…ワード線、SGD、SGS…選択ゲート線、SL…ソース線、MT…メモリセルトランジスタ、CGS、CGUS、CG0~CG7、CGD0~CGD3、CGUD…信号線、TS、TUS、TW0~TW7、TD0~TD3、TUD0~TUD3…トランジスタ。

Claims (11)

  1.  第1メモリセルと、
     前記第1メモリセルのゲートに接続されたワード線と、
     前記ワード線に接続された第1端を有する第1トランジスタと、
     読出し動作において前記第1トランジスタのバックゲートに正の第1電圧を印加するように構成された制御回路と、
     を備えた、
     半導体記憶装置。
  2.  前記制御回路は、前記読出し動作において、
      前記第1トランジスタをオン状態にしつつ前記第1トランジスタのバックゲートに前記第1電圧を印加するように構成された、
     請求項1記載の半導体記憶装置。
  3.  前記制御回路は、前記読出し動作において、
      前記第1トランジスタをオフ状態にしつつ前記第1トランジスタのバックゲートに前記第1電圧を印加するように構成された、
     請求項1記載の半導体記憶装置。
  4.  第1導電型の第1領域と、前記第1領域の内部に設けられた第2導電型の第2領域と、を有する前記第2導電型の基板を更に備え、
     前記第1トランジスタは、前記第2領域に設けられた、
     請求項1記載の半導体記憶装置。
  5.  前記制御回路は、前記読出し動作において、
      前記第1電圧より高い第2電圧を前記第1領域に印加するように構成された、
     請求項4記載の半導体記憶装置。
  6.  前記第1メモリセルに直列接続された第2トランジスタと、
     前記第2トランジスタのゲートに接続され、前記基板上かつ前記第1領域及び前記第2領域の外の第3領域に設けられた第3トランジスタと、
     を更に備えた、
     請求項4記載の半導体記憶装置。
  7.  前記制御回路は、
      前記読出し動作において、前記第1電圧を、前記第2領域に印加するように構成された、
     請求項4記載の半導体記憶装置。
  8.  前記制御回路は、
      前記読出し動作の外の期間において、前記第1トランジスタのバックゲートに前記第1電圧を印加するように構成された、
     請求項1記載の半導体記憶装置。
  9.  前記第1メモリセルに接続されたソース線を更に備え、
     前記制御回路は、前記読出し動作の外の期間において、前記第1トランジスタのバックゲートに前記第1電圧を印加しつつ、前記ソース線に前記第1電圧を印加するように構成された、
     請求項8記載の半導体記憶装置。
  10.  前記第1メモリセルに接続されたソース線を更に備え、
     前記制御回路は、前記読出し動作の外の期間において、前記第1トランジスタのバックゲート及び前記ソース線に前記第1電圧より低い電圧を印加するように構成された、
     請求項1記載の半導体記憶装置。
  11.  前制御回路は、前記読出し動作において、
      前記第1トランジスタを介して前記第1電圧より高い第3電圧を前記第1メモリセルのゲートに転送する際に、前記第1トランジスタのバックゲートに前記第1電圧を印加するように構成された、
     請求項2記載の半導体記憶装置。
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