非易失性存儲(chǔ)器裝置、編程方法及存儲(chǔ)裝置的制造方法
【專利說明】非易失性存儲(chǔ)器裝置、編程方法及存儲(chǔ)裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年7月23日提交至美國專利商標(biāo)局的美國專利臨時(shí)申請(qǐng)N0.62/027，807以及于2015年3月30日提交至韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的韓國專利申請(qǐng)N0.10-2015-0044344的優(yōu)先權(quán)，上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本文描述的本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，更具體地，涉及一種具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器裝置及其編程方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置分類為易失性存儲(chǔ)器裝置(例如，DRAM, SRAM等)和非易失性存儲(chǔ)器裝置(例如，EEPROM、FRAM、PRAM, MRAM、閃速存儲(chǔ)器等)。易失性存儲(chǔ)器裝置在斷電時(shí)丟失其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，而非易失性存儲(chǔ)器裝置在斷電時(shí)維持其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。特別地，閃速存儲(chǔ)器具有例如快速編程速度、低功耗、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等的優(yōu)點(diǎn)。因此，包含閃速存儲(chǔ)器的閃速存儲(chǔ)器系統(tǒng)被廣泛用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0005]閃速存儲(chǔ)器的集成度持續(xù)增加，以保持卓越的性能和具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。然而，傳統(tǒng)的二維閃速存儲(chǔ)器具有由制造工藝所導(dǎo)致的在增加集成度上的局限性。為了克服這樣的局限性，正在發(fā)展三維閃速存儲(chǔ)器。
[0006]三維閃速存儲(chǔ)器使得集成度較高，但是由編程干擾或各單元之間在編程操作期間的干擾耦合導(dǎo)致其數(shù)據(jù)可靠性降低。特別地，當(dāng)在存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)兩位或兩位以上的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)可靠性會(huì)存在更多問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本申請(qǐng)的各實(shí)施例提供一種非易失性存儲(chǔ)器裝置以及一種編程方法，其通過使用編程電壓管理器能夠調(diào)整要在頁面編程操作時(shí)提供的電壓，從而使由于編程干擾所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)可靠性的降低最小化。
[0008]本申請(qǐng)的各實(shí)施例的一個(gè)方面在于:提供一種非易失性存儲(chǔ)器裝置，其包括在垂直于襯底的方向上堆疊的存儲(chǔ)器單元，該非易失性存儲(chǔ)器裝置包括連接至選中的位線和選中的串選擇線的第一存儲(chǔ)器單元串、連接至選中的位線和未選中的串選擇線的第二存儲(chǔ)器單元串、以及連接至未選中的位線的第三存儲(chǔ)器單元串。其中，在編程操作的位線設(shè)定時(shí)段期間，將位線編程電壓施加至選中的位線，并將向未選中的串選擇線提供的導(dǎo)通電壓變?yōu)殛P(guān)斷電壓。
[0009]本申請(qǐng)的各實(shí)施例的另一方面在于:提供一種非易失性存儲(chǔ)器裝置的編程方法，該非易失性存儲(chǔ)器裝置包括連接至選中的位線和選中的串選擇線的第一存儲(chǔ)器單元串、連接至選中的位線和未選中的串選擇線的第二存儲(chǔ)器單元串、以及連接至未選中的位線的第三存儲(chǔ)器單元串。該編程方法包括步驟:在多個(gè)編程循環(huán)中的至少一個(gè)編程循環(huán)內(nèi)執(zhí)行編程操作的第一位線設(shè)定。在所述第一位線設(shè)定期間，將位線編程電壓施加至選中的位線，并將向未選中的串選擇線提供的導(dǎo)通電壓變?yōu)殛P(guān)斷電壓。在所述多個(gè)編程循環(huán)中的至少一個(gè)其他編程循環(huán)內(nèi)執(zhí)行編程操作的第二位線設(shè)定。在編程操作的第二位線設(shè)定期間，將預(yù)充電電壓施加至選中的位線和未選中的位線，將導(dǎo)通電壓施加至選中的串選擇線和未選中的串選擇線，然后將關(guān)斷電壓施加至未選中的串選擇線和選中的位線。
[0010]本申請(qǐng)的各實(shí)施例的另一方面在于:提供一種非易失性存儲(chǔ)器裝置的編程方法，該非易失性存儲(chǔ)器裝置包括連接至選中的位線和選中的串選擇線的第一存儲(chǔ)器單元串、連接至選中的位線和未選中的串選擇線的第二存儲(chǔ)器單元串、以及連接至未選中的位線的第三存儲(chǔ)器單元串。該編程方法包括步驟:在多個(gè)編程循環(huán)中的至少一個(gè)編程循環(huán)內(nèi)執(zhí)行編程操作的位線設(shè)定。在所述位線設(shè)定期間，將位線編程電壓施加至選中的位線，并將向未選中的串選擇線提供的導(dǎo)通電壓變?yōu)殛P(guān)斷電壓。
[0011]該非易失性存儲(chǔ)器裝置包括電連接至選中的存儲(chǔ)器單元的字線。在所述位線設(shè)定期間，在將編程電壓施加至字線之前，將未選中的串選擇線的電壓放電至地電壓。并且，在所述位線設(shè)定期間，在將編程電壓施加至字線之前，將施加至選中的位線的位線編程電壓保持在地電壓。
[0012]該編程方法還包括步驟:在所述多個(gè)編程循環(huán)中的另一編程循環(huán)內(nèi)，執(zhí)行編程操作的第二位線設(shè)定。其中在所述第二位線設(shè)定期間，將導(dǎo)通電壓施加至選中的串選擇線和未選中的位線，并將關(guān)斷電壓施加至未選中的串選擇線和選中的位線。
[0013]本申請(qǐng)的各實(shí)施例的另一方面在于:提供一種包括非易失性存儲(chǔ)器裝置的存儲(chǔ)裝置，該非易失性存儲(chǔ)器裝置包括連接在選中的位線和選中的串選擇線之間的第一存儲(chǔ)器單元串、連接在選中的位線和未選中的串選擇線之間的第二存儲(chǔ)器單元串、以及連接至未選中的位線的第三存儲(chǔ)器單元串。存儲(chǔ)器控制器配置為控制非易失性存儲(chǔ)器裝置。該非易失性存儲(chǔ)器裝置在多個(gè)編程循環(huán)中的至少一個(gè)編程循環(huán)內(nèi)執(zhí)行編程操作的位線設(shè)定。在所述位線設(shè)定期間，向選中的位線提供位線編程電壓，并將向未選中的串選擇線提供的導(dǎo)通電壓變?yōu)殛P(guān)斷電壓。
[0014]本申請(qǐng)的各實(shí)施例的又一方面在于:提供一種具有非易失性存儲(chǔ)器單元陣列的存儲(chǔ)器裝置，根據(jù)在多條位線中的選中的一條、多條串選擇線中的選中的一條和多條字線中的選中的一條上接收的信號(hào)來對(duì)各存儲(chǔ)器單元中的每一個(gè)進(jìn)行編程。電壓產(chǎn)生器將電壓施加至多條位線、多條串選擇線和多條字線。該電壓產(chǎn)生器將選中的串選擇線和未選中的串選擇線預(yù)充電至串選擇線的導(dǎo)通電壓。在將選中的串選擇線和未選中的串選擇線預(yù)充電至導(dǎo)通電壓之后，電壓產(chǎn)生器將關(guān)斷電壓施加至未選中的串選擇線，從而關(guān)斷未選中的串選擇線，并在位線設(shè)定周期期間和編程周期期間繼續(xù)將導(dǎo)通電壓施加至選中的串選擇線。完成位線設(shè)定周期后，電壓產(chǎn)生器在在編程周期期間將編程電壓施加至選中的字線，以對(duì)由選中的串選擇線、選中的字線和選中的位線尋址的選中的存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程。
[0015]本申請(qǐng)的各實(shí)施例的又一方面在于:提供一種由存儲(chǔ)器控制器執(zhí)行的對(duì)具有非易失性存儲(chǔ)器單元陣列的存儲(chǔ)器裝置進(jìn)行編程的方法。根據(jù)在多條位線中的選中的一條、多條串選擇線中的選中的一條和多條字線中的選中的一條上接收的信號(hào)對(duì)各存儲(chǔ)器單元中的每一個(gè)進(jìn)行編程。該方法包括步驟:接收來自主機(jī)設(shè)備的地址和數(shù)據(jù)；識(shí)別選中的位線、選中的串選擇線和選中的字線，以用于對(duì)與接收到的地址相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程；識(shí)別與接收到的用于對(duì)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的編程電壓；將選中的串選擇線和未選中的串選擇線預(yù)充電至串選擇線的導(dǎo)通電壓；在將選中的串選擇線和未選中的串選擇線預(yù)充電至導(dǎo)通電壓之后，將關(guān)斷電壓施加至未選中的串選擇線，從而關(guān)斷未選中的串選擇線，并且在位線設(shè)定周期和編程周期期間繼續(xù)向選中的串選擇線施加導(dǎo)通電壓；以及在完成位線設(shè)定周期后，在編程周期期間將編程電壓施加至選中的字線，以對(duì)由選中的串選擇線、選中的字線和選中的位線尋址的存儲(chǔ)器單元進(jìn)行編程。
【附圖說明】
[0016]通過以下參照附圖的說明，上述目的和特征以及其他目的和特征將變得顯而易見，其中除非另外明確指出，否則相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中始終表示相同的部分，并且其中:
[0017]圖1是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的閃速存儲(chǔ)器系統(tǒng)的框圖；
[0018]圖2是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1所示的閃速存儲(chǔ)器裝置的框圖；
[0019]圖3是示意性示出圖2所示的存儲(chǔ)器塊的三維結(jié)構(gòu)的透視圖；
[0020]圖4是圖3所示的存儲(chǔ)器塊的等效電路；
[0021]圖5是示意性示出3位存儲(chǔ)器單元的閾值電壓變化的示圖；
[0022]圖6是用于描述根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程操作的示圖；
[0023]圖7是示出在根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程操作時(shí)各電壓條件的表；
[0024]圖8是示意性示出圖6所示的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程操作的時(shí)序圖；
[0025]圖9是用于描述根據(jù)本申請(qǐng)的另一示例性實(shí)施例的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程操作的示圖；
[0026]圖10是示出在根據(jù)本申請(qǐng)的另一示例性實(shí)施例的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程操作時(shí)各電壓條件的表；
[0027]圖11是示意性示出圖9所示的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程操作的時(shí)序圖；
[0028]圖12是示意性示出根據(jù)編程循環(huán)的重復(fù)的位線電壓電平變化的示圖；
[0029]圖13是示意性示出根據(jù)編程循環(huán)的重復(fù)的位線電壓電平變化的另一實(shí)施例的示圖；
[0030]圖14是示意性示出在圖2所示的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程操作時(shí)的位線預(yù)充電方法的示圖；
[0031]圖15是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的閃速存儲(chǔ)器裝置的編程方法的示圖；
[0032]圖16是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的另一示例性實(shí)施例的閃速存儲(chǔ)器系統(tǒng)的框圖；
[0033]圖17是用于描述圖1和圖16所示的編程電壓管理器的操作方法的流程圖；
[0034]圖18是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的包括了存儲(chǔ)器控制器和非易失性存儲(chǔ)器裝置的電子設(shè)備的框圖；
[0035]圖19是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的另一實(shí)施例的包括了存儲(chǔ)器控制器和非易失性存儲(chǔ)器裝置的電子設(shè)備的框圖；
[0036]圖20是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的另一實(shí)施例的包括了非易失性存儲(chǔ)器裝置的電子設(shè)備的框圖；
[0037]圖21是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的另一實(shí)施例的包括了存儲(chǔ)器控制器和非易失性存儲(chǔ)器裝置的電子設(shè)備的框圖；
[0038]圖22是示意性示出根據(jù)本申請(qǐng)的另一實(shí)施例的包括了存儲(chǔ)器控制器和非易失性存儲(chǔ)器裝置的電子設(shè)備的框圖；以及
[0039]圖23是示意性示出包括了圖22所示的電子設(shè)備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面將參照附圖詳細(xì)描述各實(shí)施例。然而，本申請(qǐng)可以按照許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)理解為僅限于示出的各實(shí)施例。此外，提供這些實(shí)施例作為示例，是為了使得本公開將是徹底和完整的，并且將向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地傳達(dá)本申請(qǐng)的構(gòu)思。因此，關(guān)于本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，沒有對(duì)已知的過程、元件和技術(shù)進(jìn)行描述。除非另外指明，否則在附圖和書面說明中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件，因此將不再重復(fù)描述。為清楚起見，在附圖中可以放大層與區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。
[0041]應(yīng)當(dāng)理解，雖然在本文中可以使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等來描述不同的元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層和/或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層和/或部分區(qū)分開。因此，下面討論的第一元件、第一部件、第一區(qū)域、第一層和/或第一部分可以被稱作第二元件、第二部件、第二區(qū)域、第二層和/或第二部分而沒有脫離本申請(qǐng)的指教。
[0042]為了便于描述，可以在本文中使用空間相對(duì)術(shù)語，例如“位于……下方”、“之下”、“下部”、“位于……之下”、“之上”、“上部”等，以描述附圖所示的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)(一些)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，空間相對(duì)術(shù)語旨在涵蓋在使用或操作中的器件的除附圖所示的指向之外的不同指向。例如，如果附圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，則被描述為“在”另一些元件或特征“之下”或者“位于”另一些元件或特征“下方”或者“位于”另一些元件或特征“之下”的元件將指向?yàn)椤霸凇绷硪恍┰蛱卣鳌爸稀薄Ｒ虼?，示例性術(shù)語“之下”或“位于……之下”可以涵蓋“之上”和“之下”這兩種指向。器件可另外地進(jìn)行指向(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他指向)，并相應(yīng)地解釋本文所使用的空間相對(duì)描述詞。另外，還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)一層被稱作“在”兩層“之間”時(shí)，所述一層可以是這兩層之間的唯一一層，也可以存在一