半導(dǎo)體裝置以及相關(guān)的編程方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置以及相關(guān)的編程方法
[0001]本專(zhuān)利申請(qǐng)要求于2014年5月21日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2014-0061018號(hào)韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用全部包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開(kāi)涉及半導(dǎo)體裝置以及對(duì)所述半導(dǎo)體裝置進(jìn)行編程的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]三維集成電路(3D-1C)存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)以增大半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)容量。3D-1C存儲(chǔ)技術(shù)包括用于三維地排列存儲(chǔ)單元的各種方法。除了 3D-1C存儲(chǔ)技術(shù)，用于精細(xì)圖案的圖案化技術(shù)和多層單元(MLC)技術(shù)可被使用以增大半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)容量。然而，用于精細(xì)圖案的圖案化技術(shù)會(huì)相對(duì)昂貴，且MLC技術(shù)會(huì)不適于增大每個(gè)單位單元的位數(shù)。因此，3D-1C存儲(chǔ)技術(shù)可有助于增大存儲(chǔ)容量。另外，如果將用于精細(xì)圖案的圖案化技術(shù)和MLC技術(shù)與3D-1C存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合，則可進(jìn)一步增大存儲(chǔ)容量。另外，用于精細(xì)圖案的圖案化技術(shù)和MLC技術(shù)可獨(dú)立于3D-1C存儲(chǔ)技術(shù)之外來(lái)開(kāi)發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明構(gòu)思的各種實(shí)施例可提供能夠提高集成度的半導(dǎo)體裝置。此外，本發(fā)明構(gòu)思的各種實(shí)施例可提供能夠減小耦合效應(yīng)的對(duì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置進(jìn)行編程的方法。例如，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的各種實(shí)施例，半導(dǎo)體裝置可包括:外圍電路部和第一存儲(chǔ)部，并排在基板上；以及第二存儲(chǔ)部，在外圍電路部和第一存儲(chǔ)部上。在一些實(shí)施例中，第二存儲(chǔ)部可包括:半導(dǎo)體層，在外圍電路部和第一存儲(chǔ)部上；有源柱，從半導(dǎo)體層突出；字線，與有源柱的側(cè)壁相鄰；以及位線，在有源柱上。在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部可包括:柵電極，在基板上；以及穿隧介電層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件和阻擋介電層，在基板與柵電極之間順序地堆疊。
[0005]在各種實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部可構(gòu)造成被用作緩沖存儲(chǔ)器。此外，在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部可具有靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)、電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、NOR閃速存儲(chǔ)器和NAND閃速存儲(chǔ)器中的至少一種的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
[0006]根據(jù)各種實(shí)施例，第一存儲(chǔ)部可在基板上與外圍電路部的一個(gè)或更多個(gè)側(cè)相鄰。在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部可包括第一存儲(chǔ)單元，第二存儲(chǔ)部可包括第二存儲(chǔ)單元。第一存儲(chǔ)單元的第一數(shù)量可小于第二存儲(chǔ)單元的第二數(shù)量。此外，在一些實(shí)施例中，每個(gè)第一存儲(chǔ)單元可構(gòu)造成存儲(chǔ)單一位數(shù)據(jù)(即，一位數(shù)據(jù))，每個(gè)第二存儲(chǔ)單元可構(gòu)造成存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)(即，兩位或更多位數(shù)據(jù))。
[0007]在各種實(shí)施例中，外圍電路部可包括外圍柵電極，第一存儲(chǔ)部可包括單元柵電極。外圍柵電極的第一寬度可比單元柵電極的第二寬度寬。在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部和第二存儲(chǔ)部可組成主存儲(chǔ)器。在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部可具有易失性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，第二存儲(chǔ)部可具有非易失性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
[0008]在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部可包括:彼此平行且與基板的表面等距的第一字線，第二存儲(chǔ)部可包括:彼此平行且在距基板的表面不同的各個(gè)距離處的第二字線。
[0009]根據(jù)各種實(shí)施例的對(duì)包括并排在基板上的外圍電路部和第一存儲(chǔ)部以及在外圍電路部和第一存儲(chǔ)部上的第二存儲(chǔ)部的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行編程的方法可包括下述步驟:將數(shù)據(jù)緩沖編程到第一存儲(chǔ)部中；以及將緩沖編程的數(shù)據(jù)主編程到第二存儲(chǔ)部中。在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)部可通過(guò)單一位編程方法進(jìn)行緩沖編程，第二存儲(chǔ)部可通過(guò)多位編程方法進(jìn)行主編程。此外，在一些實(shí)施例中，將緩沖編程的數(shù)據(jù)主編程到第二存儲(chǔ)部中的步驟可通過(guò)再編程方法來(lái)執(zhí)行。再編程方法可包括下述步驟:執(zhí)行多個(gè)編程操作以減小與將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的閾值電壓的分布的寬度。
[0010]根據(jù)各種實(shí)施例的一種半導(dǎo)體裝置可包括:并排在基板上的存儲(chǔ)控制器和緩沖存儲(chǔ)器；以及在存儲(chǔ)控制器和緩沖存儲(chǔ)器上的主存儲(chǔ)器。在一些實(shí)施例中，主存儲(chǔ)器可具有三維NAND閃速存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，緩沖存儲(chǔ)器可具有靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)、電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)、NOR閃速存儲(chǔ)器和NAND閃速存儲(chǔ)器中的至少一種的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。例如，緩沖存儲(chǔ)器可具有二維NAND閃速存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)。此外，在一些實(shí)施例中，緩沖存儲(chǔ)器的第一多個(gè)存儲(chǔ)單元中的每個(gè)可構(gòu)造成存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)，主存儲(chǔ)器的第二多個(gè)存儲(chǔ)單元中的每個(gè)可構(gòu)造成存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)。
[0011]根據(jù)各種實(shí)施例的一種半導(dǎo)體裝置可包括在基板上的外圍電路區(qū)。半導(dǎo)體裝置可包括在基板上的外圍電路區(qū)旁邊的第一存儲(chǔ)區(qū)。此外，半導(dǎo)體裝置可包括與外圍電路區(qū)和第一存儲(chǔ)區(qū)疊置的第二存儲(chǔ)區(qū)，第二存儲(chǔ)區(qū)可包括多個(gè)多層存儲(chǔ)單元。在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)區(qū)可包括第一多條字線，所述第一多條字線包括共面的各個(gè)頂表面，第二存儲(chǔ)區(qū)可包括第二多條字線，所述第二多條字線在第二存儲(chǔ)區(qū)中限定階梯結(jié)構(gòu)。
[0012]在各種實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)區(qū)可包括多個(gè)單層存儲(chǔ)單元。在一些實(shí)施例中，與外圍電路區(qū)和第一存儲(chǔ)區(qū)疊置的第二存儲(chǔ)區(qū)可為主存儲(chǔ)區(qū)域，位于主存儲(chǔ)區(qū)域下面的第一存儲(chǔ)區(qū)可為緩沖存儲(chǔ)區(qū)域。此外，在一些實(shí)施例中，外圍電路區(qū)的晶體管可包括比緩沖存儲(chǔ)區(qū)域的第一多條字線中的每條的第二寬度寬的第一寬度。
【附圖說(shuō)明】
[0013]通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的簡(jiǎn)要的描述，將更清楚地理解示例實(shí)施例。附圖代表如在這里描述的非限制性的示例實(shí)施例。
[0014]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置關(guān)系的剖視框圖。
[0015]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置關(guān)系的剖視框圖。
[0016]圖3是設(shè)置在圖2的第一存儲(chǔ)部中的存儲(chǔ)單元的電路圖。
[0017]圖4是設(shè)置在圖2的第二存儲(chǔ)部中的存儲(chǔ)單元的電路圖。
[0018]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖2的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0019]圖6是示出對(duì)在圖2至圖5中示出的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行編程的方法的示意框圖。
[0020]圖7是示出根據(jù)對(duì)圖6的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行編程的方法的閾值電壓分布的圖。
[0021]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置關(guān)系的剖視框圖。
[0022]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置關(guān)系的剖視框圖。
[0023]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的圖9的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0024]圖11是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置關(guān)系的剖視框圖。
[0025]圖12至圖15是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置關(guān)系的平面圖。
[0026]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的包括半導(dǎo)體裝置的存儲(chǔ)系統(tǒng)的示例的示意框圖。
[0027]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的包括半導(dǎo)體裝置的存儲(chǔ)卡的示例的示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面參照附圖來(lái)描述示例實(shí)施例。在不脫離本公開(kāi)的精神和教導(dǎo)的情況下，能夠有許多不同的形式和實(shí)施例，因此本公開(kāi)不應(yīng)該被解釋為局限于在這里闡述的示例實(shí)施例。相反，提供這些示例實(shí)施例使得本公開(kāi)將是徹底的和完整的，并且將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員傳達(dá)本公開(kāi)的范圍。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可夸大層與區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。同樣的附圖標(biāo)記在整個(gè)描述中表示同樣的元件。
[0029]在這里使用的術(shù)語(yǔ)僅出于描述具體實(shí)施例的目的，而不意圖限制實(shí)施例。除非上下文另外清楚地指示，否則如在這里使用的單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“這個(gè)”意圖也包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”時(shí)，說(shuō)明存在所述的特征、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或更多個(gè)其他特征、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0030]將理解的是，當(dāng)元件被稱(chēng)為“結(jié)合到”、“連接到”或“響應(yīng)于”另一元件，或者“在”另一元件“上”時(shí)，它可直接結(jié)合到、連接到或響應(yīng)于所述另一元件，或者直接在所述另一元件上，或者還可存在中間元件。