KR100708907B1 - Nand flash memory device having booster line and its programming method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메모리 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비프로그램 메모리 셀의 프로그램 방해 특성 및/또는 비선택 메모리 셀의 패스 방해 특성을 개선하여 메모리 소자의 신뢰성을 향상시킨 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 낸드형 플래시 메모리 소자는 반도체기판의 활성영역들 상부에 형성되는 복수개의 플로팅 게이트; 상기 반도체기판 내의 상기 활성영역들 사이에 형성되는 소자분리막; 상기 소자분리막 내에 형성되는 부스터 라인; 및 상기 플로팅 게이트 및 상기 부스터 라인을 덮는 컨트롤 게이트를 포함하는 부스터 라인을 가진다. 부스터 라인을 가지는 프로그램 방법을 사용하여 낮은 공급 전압에서 파워 소모가 적고 칩 면적이 작으며 프로그램 방법이 간단하고 고효율인 효과가 있다. The present invention relates to a memory device, and more particularly, to a memory device and a method of manufacturing the same, which improves the reliability of the memory device by improving the program disturbance and / or the path disturbance of the non-selected memory cell. will be. According to an embodiment of the present invention, a NAND flash memory device may include: a plurality of floating gates formed over active regions of a semiconductor substrate; An isolation layer formed between the active regions in the semiconductor substrate; A booster line formed in the device isolation layer; And a booster line including a control gate covering the floating gate and the booster line. Using the program method with booster lines, the power consumption is low at the low supply voltage, the chip area is small, and the programming method is simple and high efficiency.
메모리, 플래시, 낸드형, 부스터 라인, 프로그램 방해, 패스 방해 Memory, Flash, Nand, Booster Lines, Program Jammer, Pass Jammer
Description
도 1은 낸드형 플래시 메모리 소자의 구조, 즉 비트 라인들에 각각 연결된 셀 스트링의 회로도.1 is a circuit diagram of a structure of a NAND flash memory device, that is, a cell string connected to bit lines, respectively.
도 2는 셀로우 트렌치 분리 공정을 사용한 낸드형 플래시 메모리 소자의 평면도.2 is a plan view of a NAND flash memory device using a shallow trench isolation process.
도 3은 도 2의 A-A'라인을 따르는 낸드형 플래시 메모리 소자의 단면도.3 is a cross-sectional view of a NAND flash memory device taken along the line AA ′ of FIG. 2.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 낸드형 플래시 메모리 소자에 프로그램시 프로그램 방해 특성과 패스 방해 특성을 나타낸 도면.FIG. 4 is a diagram illustrating a program disturbance characteristic and a path disturbance characteristic when programming the NAND flash memory device illustrated in FIGS. 1 to 3;
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 회로도.5 is a circuit diagram of a NAND flash memory device having a booster line according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 평면도.FIG. 6 is a plan view of a NAND flash memory device having a booster line shown in FIG. 5. FIG.
도 7은 도 6의 B-B'라인에 따른 단면도.FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 6.
도 8은 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압에 따른 문턱전압의 이동량을 나타낸 그래프.8 is a graph illustrating an amount of shift of a threshold voltage according to a channel voltage of a non-program memory cell.
도 9는 기존의 낸드형 플래시 메모리 소자의 하나의 셀 스트링에 포함되는 메모리 셀들의 커패시턴스 등가 회로도.9 is a capacitance equivalent circuit diagram of memory cells included in one cell string of a conventional NAND flash memory device.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 커패시턴스 등가 회로도.10 is a capacitance equivalent circuit diagram of a NAND flash memory device having a booster line according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
MSS1, MSS2, MSS51, MSS52 : 스트링 선택 트랜지스터MSS1, MSS2, MSS51, MSS52: String Select Transistors
MGS1, MGS2, MGS51, MGS52 : 접지 선택 트랜지스터MGS1, MGS2, MGS51, MGS52: Ground Select Transistors
M1-0 ~ M1-15, M2-0 ~ M2-15, M51-0 ~ M51-15, M52-0 ~ M52-15 : 메모리 셀 트랜지스터 M1-0 to M1-15, M2-0 to M2-15, M51-0 to M51-15, M52-0 to M52-15: memory cell transistors
BL1(161), BL2(162), BL51(561), BL52(562) : 비트 라인BL1 (161), BL2 (162), BL51 (561), BL52 (562): bit line
SSL(120), SSL(520) : 스트링 선택 라인 패턴
GSL(140), GSL(540) : 접지 선택 라인 패턴GSL 140, GSL 540: Ground Select Line Pattern
500a, 500b : 부스터 라인500a, 500b: Booster Line
본 발명은 메모리 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비프로그램 메모리 셀의 프로그램 방해 특성 및/또는 비선택 메모리 셀의 패스 방해 특성을 개선하여 메모리 소자의 신뢰성을 향상시킨 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a memory device, and more particularly, to a memory device and a method of manufacturing the same, which improves the reliability of the memory device by improving the program disturbance and / or the path disturbance of the non-selected memory cell. will be.
플래시 메모리(Flash memory)는 전원이 없는 상태에서도 메모리에 데이터가 계속 저장되어질 수 있는 메모리로, 데이터의 저장/삭제가 자유롭다. 플래시 메모리는 내부방식에 따라 NOR형과 NAND형으로 구분되며, NOR형은 셀이 병렬로 연결된 방식이고, NAND형은 셀이 직렬로 연결된 방식이다. Flash memory is a memory in which data can be continuously stored in the memory even when there is no power supply, and data can be freely stored / deleted. Flash memory is divided into NOR type and NAND type according to the internal method. The NOR type is a cell connected in parallel, and the NAND type is a cell connected in series.
낸드형 플래시 메모리(NAND flash memory)는 메모리 카드 중 SD 카드나 메모리 스틱(Memory stick)에서 쓰이고, 노어 플래시 메모리(NOR flash memory)는 MMC 카드나 CF(Compact flash) 메모리에 쓰인다. NAND flash memory is used in an SD card or a memory stick among memory cards, and NOR flash memory is used in an MMC card or a compact flash memory.
이 중에서 도 1은 낸드형 플래시 메모리 소자의 구조, 즉 비트 라인들에 각각 연결된 셀 스트링의 회로도이고, 도 2는 셀로우 트렌치 분리(STI; shallow trench isolation) 공정을 사용한 낸드형 플래시 메모리 소자의 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A'라인을 따르는 낸드형 플래시 메모리 소자의 단면도이다. 1 is a circuit diagram of a structure of a NAND flash memory device, that is, a cell string connected to bit lines, and FIG. 2 is a plan view of a NAND flash memory device using a shallow trench isolation (STI) process. 3 is a cross-sectional view of a NAND flash memory device along the line AA ′ of FIG. 2.
제1 셀 스트링(10)은 두 개의 선택 트랜지스터들(MSS1 및 MGS1)과, 드레인-소스 전류 통로가 스트링 선택 트랜지스터(MSS1)의 소스와 접지 선택 트랜지스터(MGS1)의 접지(소스) 사이에 직렬로 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(M1-0 ~ M1-15)을 포함한다. 제2 셀 스트링(20)은 두 개의 선택 트랜지스터들(MSS2 및 MGS2)과, 드레인-소스 전류 통로가 스트링 선택 트랜지스터(MSS2)의 소스와 접지 선택 트랜지스터(MGS2)의 접지(소스) 사이에 직렬로 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(M2-0 ~ M2-15)을 포함한다.The
각 메모리 셀 트랜지스터들(M1-0 ~ M1-15, M2-0 ~ M2-15)은 채널에 의해 분 리된 드레인 영역 및 소스 영역을 포함한다. 플로팅 게이트(135a, 135b, 135c, …)는 채널 표면의 산화면(310a, 310b, 310c, …) 상에 형성되고, 컨트롤 게이트(130)는 플로팅 게이트 표면의 절연막(320a, 320b, 320c, …) 상에 형성된다. 스트링 선택 트랜지스터들(MSS1, MSS2)의 드레인(111, 112)은 각각 비트 라인(BL1(161), BL2(162))에 연결되고, 접지 선택 트랜지스터들(MGS1, MGS2)의 소스는 공통 소스 라인(150)에 연결된다. 공통 소스 라인(150)은 프로그램 동작시 전원 전압(Vcc)이 인가된다. 스트링 선택 트랜지스터들(MSS1, MSS2) 및 접지 선택 트랜지스터들(MGS1, MGS2)의 게이트들은 스트링 선택 라인(SSL(120)) 및 접지 선택 라인(GSL(140))에 각각 연결된다. Each of the memory cell transistors M1-0 to M1-15 and M2-0 to M2-15 includes a drain region and a source region separated by a channel. The
낸드형 플래시 메모리 소자의 프로그램 동작은 다음과 같다. The program operation of the NAND flash memory device is as follows.
일반적으로, 낸드형 플래시 메모리 구조에서 메모리 트랜지스터들은 프로그램 하기 전에, 소거 동작이 수행된다. 이 동작에서, 메모리 셀 트랜지스터들(M1-0 ~ M1-15, M2-0 ~ M2-15)의 소거는 소거 전압(예를 들면, 20V)을 반도체 기판에 인가하고, 예를 들어 0V의 기준 전압(즉, 접지 전압 VGS)을 워드 라인들(WL0(130-0) ~ WL15(130-15))에 인가함으로써 수행된다. 메모리 셀 트랜지스터(M1-0 ~ M1-15, M2-0 ~ M2-15)의 플로팅 게이트들에 저장되는 전자들은 F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)에 의해 저장되고, 메모리 셀 트랜지스터들(M1-0 ~ M1-15, M2-0 ~ M2-15)은 공핍 모드(depletion mode) 트랜지스터들로 변화된다. 이때, 소거된 메모리 셀 트랜지스터들은 논리 '1' 데이터를 저장한다고 가정한다. In general, in the NAND flash memory structure, the memory transistors are erased before programming. In this operation, erasing of the memory cell transistors M1-0 to M1-15 and M2-0 to M2-15 applies an erase voltage (eg, 20V) to the semiconductor substrate, for example a reference of 0V. This is done by applying a voltage (ie, ground voltage VGS) to word lines WL0 130-0 to WL15 130-15. Electrons stored in the floating gates of the memory cell transistors M1-0 to M1-15 and M2-0 to M2-15 are stored by FN-Nordheim tunneling, and memory cell transistors M1-0. M1-15 and M2-0 to M2-15 are changed to depletion mode transistors. In this case, it is assumed that the erased memory cell transistors store logic '1' data.
제1 셀 스트링(BL1(161))의 제1 워드 라인(WL0(130-0))에 해당하는 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)가 프로그램된다는 가정 하에서 프로그램 동작이 수행되는 과정을 설명한다. 전원 전압(Vcc) 및 접지 전압(Vss)이 스트링 선택 라인(SSL(120))과 접지 선택 라인(GSL(140))으로 각각 인가된다. 비트 라인들(BL1(161)), BL2(162)) 각각에는 프로그램될 데이터 상태에 따라 접지 전압(Vss)(데이터 '0') 또는 전원 전압(Vcc)(데이터 '1')이 인가된다. 프로그램될 메모리 셀을 포함하지 않는 비트 라인에 인가되는 전압을 금지 전압이라 한다. 여기서는, 제1 비트 라인(BL1(161))에 접지 전압(Vss, 예를 들어 0V)이 인가되고, 제2 비트 라인(BL2(162))에 전원 전압(Vcc, 예를 들어 3.3V)이 인가되며, 전원 전압이 금지 전압이 된다. 패스 전압(Vpass)(예를 들어, 10V)이 워드 라인들(WL1(130-1) ~ WL15(130-15)), 즉 선택된 워드 라인(WL0(130-0))을 제외한 비선택된 워드 라인들로 인가된다. 그리고 반도체 기판(벌크)(300)에는 기준 전압(예를 들면, 접지 전압 Vss)이 인가된다. 소정 시간이 경과된 후, 프로그램 전압(Vpgm)(예를 들면, 18V)이 선택된 워드 라인(WL0(130-0))으로 인가된다. A process in which the program operation is performed under the assumption that the memory cell transistor M1-0 corresponding to the first word line WL0 130-0 of the first
이러한 프로그램 동작에서, 전원 전압(Vcc)이 인가된 제2 비트 라인(BL2(162))과 연결된 제2 셀 스트링(20) 내의 스트링 선택 트랜지스터(MSS2)는 턴오프되어서 제2 셀 스트링(20)은 플로팅된다. 따라서, 프로그램 전압(Vpgm)이 제2 셀 스트링(20) 내에서 선택된 워드 라인(WL0(130-0))에 해당하는 메모리 셀 트랜지스터(M2-0)의 컨트롤 게이트로 인가될 때, 소스, 드레인 및 채널의 전위는 커패시터 커플링(capacitor coupling)에 의해 상승한다. 즉, 제어 게이트의 전압 및 소스-드레인-채널 전압의 차는 F-N 터널링이 발생될 만큼 증가되지 않고, 메모리 셀 트랜지스터(M2-0)는 소거된 상태를 그대로 유지하게 된다. In this program operation, the string select transistor MSS2 in the
반면, 제1 셀 스트링(10) 내의 스트링 선택 트랜지스터(MSS1)가 접지 전압(Vss)을 가지는 제1 비트 라인(BL1(161))에 연결되어 있어 스트링 선택 트랜지스터(MSS1)는 턴온되고, 제1 셀 스트링(10) 내의 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)의 소스, 드레인 및 채널 전위는 접지 전압(Vss)와 동일하다. 프로그램 전압(Vpgm)이 제1 셀 스트링(10) 내의 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)에 인가될 때, 전자들은 F-N 터널링에 의해 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)의 플로팅 게이트에 포획되고 축적된다. 플로팅 게이트 상의 많은 양의 전자들의 포획과 축적은 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)의 문턱 전압(Threshold Voltage)을 상승시키는(예를 들어, 약 6 ~ 7V) 원인이 된다. 따라서, 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)는 증가 모드(enhancement mode) 트랜지스터로 변화되고 프로그램되어 논리 '0' 데이터를 저장하게 된다.On the other hand, since the string select transistor MSS1 in the
상술한 것과 같은 프로그램 동작시 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0) 이외에 비선택된 메모리 셀 트랜지스터들이 프로그램되는 패스 방해(pass disturbance) 또는 프로그램 방해(program disturbance)가 발생될 수 있다. 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 낸드형 플래시 메모리 소자에 프로그램시 프로그램 방해 특성과 패스 방해 특성을 나타낸 도면이다. In a program operation as described above, a pass disturbance or a program disturbance in which non-selected memory cell transistors are programmed in addition to the selected memory cell transistor M1-0 may occur. FIG. 4 is a diagram illustrating a program disturbance characteristic and a path disturbance characteristic when programming the NAND flash memory device illustrated in FIGS. 1 to 3.
도 4의 '410'을 참조하면, 프로그램 방해는 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)와 동일한 워드 라인(WL0(130-0))에 게이트가 연결된 메모리 셀 트랜지스터가 프로그램되는 것이다. 예를 들어, 메모리 셀 트랜지스터 M2-0가 프로그램되는 것이다. 비선택된 워드 라인들(WL1(130-1) ~ WL15(130-15))에 인가되는 패스 전압(Vpass)이 소정 값(예를 들어, 10V) 이하로 낮아질 때 발생된다. 패스 전압(Vpass)이 낮아지면, 비선택된 메모리 셀 트랜지스터(M2-0)의 채널로 부스팅되는 전압이 낮아지게 되고, 채널 전위가 프로그램 가능한 전위(예를 들면, 7V) 이하로 낮아져 F-N 터널링에 의해 비선택된 메모리 셀 트랜지스터(M2-0)가 프로그램된다.Referring to '410' of FIG. 4, a program disturbance is that a memory cell transistor having a gate connected to the same word line WL0 130-0 as the selected memory cell transistor M1-0 is programmed. For example, memory cell transistor M2-0 is programmed. This occurs when the pass voltage Vpass applied to the unselected word lines WL1 130-1 to WL15 130-15 is lowered below a predetermined value (eg, 10V). When the pass voltage Vpass is lowered, the voltage boosted by the channel of the unselected memory cell transistor M2-0 is lowered, and the channel potential is lowered below the programmable potential (eg, 7V) by FN tunneling. The unselected memory cell transistor M2-0 is programmed.
도 4의 '420'을 참조하면, 패스 방해는 선택된 메모리 셀 트랜지스터(M1-0)이 속하는 셀 스트링(여기서는, 제1 셀 스트링(10)) 내의 비선택된 워드 라인들(WL1(130-1) ~ WL15(130-15))에 게이트가 연결된 메모리 셀 트랜지스터(M1-1 ~ M1-15)가 프로그램되는 것이다. 비선택된 메모리 셀 트랜지스터와 연결된 워드 라인의 패스 전압(Vpass)이 메모리 셀 트랜지스터가 프로그램될 수 있는 최소 전압(예를 들어, 10V) 이상으로 높아지게 될 때 발생된다. Referring to '420' of FIG. 4, the path disturbance is caused by the unselected word lines WL1 130-1 in the cell string to which the selected memory cell transistor M1-0 belongs, in this case, the
도 4에서 패스 전압이 3V 이하인 경우 프로그램 방해나 패스 방해가 모두 일어나지 않는다. 이런 바이어스 상태에서는 비프로그램 메모리 셀(M2-0)과 연결된 비선택 메모리 셀들(M2-1, …, M2-15)이 턴오프 되기 때문에 비프로그램 메모리 셀(M2-0)과 비선택 메모리 셀들(M2-1, …, M2-15)이 전기적으로 분리된다. 왜냐하면 프로그램 방해 특성을 평가할 때 비프로그램 메모리 셀(M2-0)을 제외하고 비프로그램 메모리 셀(M2-0)과 연결된 비선택 메모리 셀들(M2-1, …, M2-15)은 프로그램이 된 상태를 가정하게 되기 때문이다. 이때 프로그램이 된 상태의 문턱전압이 예를 들어, 3V 이상이 되기 때문에 패스 전압이 3V 이하일 때는 비선택 메모리 셀들(M2-1, …, M2-15)이 턴오프된다. 즉, 비프로그램 메모리 셀(M2-0)의 채널이 플 로팅된다. 이 상태에서 선택된 워드라인에 프로그램 전압(예를 들어, 18V)을 인가하면 비프로그램 메모리 셀(M2-0)의 채널 전압이 효과적으로 상승하여 프로그램 방해 특성이 거의 나타나지 않게 된다. In FIG. 4, when the pass voltage is 3 V or less, neither program disturb nor pass disturb occurs. In this bias state, since the non-selected memory cells M2-1, ..., M2-15 connected to the non-programmed memory cell M2-0 are turned off, the non-programmed memory cells M2-0 and the non-selected memory cells ( M2-1, ..., M2-15) are electrically isolated. When the program disturbance characteristic is evaluated, the non-selected memory cells M2-1, ..., M2-15 connected to the non-program memory cell M2-0 except for the non-program memory cell M2-0 are programmed. This is because it is assumed. At this time, since the threshold voltage in the programmed state is, for example, 3V or more, when the pass voltage is 3V or less, the unselected memory cells M2-1, ..., M2-15 are turned off. That is, the channel of the non-program memory cell M2-0 is floated. In this state, if a program voltage (for example, 18V) is applied to the selected word line, the channel voltage of the non-program memory cell M2-0 is effectively increased so that the program disturbance characteristic hardly appears.
하지만, 패스 전압이 3V 이하가 되면 프로그램 하는 메모리 셀(M1-0)과 비선택 메모리 셀들(M1-1, …, M1-15)이 전기적으로 연결되지 않기 때문에 선택된 비트 라인(BL1)에 인가한 0V 전압이 프로그램 하는 메모리 셀(M1-0)의 채널 전압으로 연결되지 않아 채널이 플로팅된다. 이런 상태에서 선택된 워드라인(WL0)에 프로그램 전압을 인가하면 비프로그램 메모리 셀(M2-0)의 채널 전압이 부스팅되어 상승하는 것과 같이 프로그램 하는 메모리 셀(M1-0)의 채널 전압도 부스팅되어 상승하기 때문에 프로그램이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 패스 전압을 낮은 전압으로 할 수 없다. However, when the pass voltage is less than or equal to 3V, the memory cells M1-0 and the non-selected memory cells M1-1, ..., M1-15 that are programmed are not electrically connected to each other, and thus are applied to the selected bit line BL1. Since the 0V voltage is not connected to the channel voltage of the memory cell M1-0 that is programmed, the channel is floated. In this state, when the program voltage is applied to the selected word line WL0, the channel voltage of the memory cell M1-0 that is programmed is boosted and increased, as the channel voltage of the non-program memory cell M2-0 is boosted and raised. The program will not work. Therefore, the pass voltage cannot be made low.
이러한 낸드형 플래시 메모리 소자의 프로그램 방해 특성 및 패스 방해 특성을 개선시키기 위해 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압을 높임으로써 프로그램 방해 특성을 줄이고자 한다. 비프로그램 셀의 채널 전압을 높이기 위해서 비트 라인을 통해 높은 전압을 직접 인가해주는 방법이 사용되었으나, 이 방법은 큰 실리콘 면적을 차지하는 전하 펌프(Charge pump) 회로가 필요하며 전력 소모가 큰 단점이 있다. 따라서, 비트 라인에 높은 전압을 직접 인가하지 않고서도 비프로그램 메모리 셀에 의한 프로그램 방해 특성을 줄이기 위해 여러 가지 자기 부스팅 프로그램 금지 방법(Self-boosting Program Inhibit Scheme)이 개발되었다. In order to improve the program disturbance and the path disturbance of the NAND flash memory device, the program disturbance is reduced by increasing the channel voltage of the non-program memory cell. In order to increase the channel voltage of a non-program cell, a method of directly applying a high voltage through a bit line has been used. However, this method requires a charge pump circuit that occupies a large silicon area and has a disadvantage in that power consumption is large. Accordingly, various self-boosting program inhibitor schemes have been developed to reduce program disturb characteristics caused by non-program memory cells without directly applying a high voltage to a bit line.
자기 부스팅 프로그램 금지 방법 중에서 공급전압 비트 라인 프로그래밍 방 법(Vcc-bitline programming scheme)이 사용되고 있으나, 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압을 높이는데 한계가 있다. 이는 비트라인 전압 레벨에 의해 채널 전압이 결정되기 때문에 비트라인 전압을 일정한 전압 이하로 낮추기가 힘들기 때문이다. 부분 자기 부스팅 방법(Local self-boosting scheme)을 이용하여 국소적으로 채널 전압을 높일 수 있지만, 이 경우 랜덤 프로그램이 가능하지 않게 된다. 부스트된 비트라인 프로그래밍 방법(Boosted-bitline programming scheme)을 사용하는 경우 채널 전압을 높일 수 있지만 비트라인 커패시턴스가 크기 때문에 프로그램 시간이 길어지고 전력 소모와 제조 단가가 높아지는 단점이 있다. 또한, 소스라인 프로그램 방법 (Source-line programming scheme)을 사용하거나 음의 문턱전압 셀 구조(Negative threshold voltage cell architecture)를 사용하여 채널 전압을 높임으로서 프로그램 방해 특성을 개선하는 방법이 있으나, 프로그램과 읽기 동작이 복잡하고 추가적이 주변 회로가 필요한 단점이 있다. Although a Vcc-bitline programming scheme is used among self-boosting program prohibition methods, there is a limit in increasing the channel voltage of non-program memory cells. This is because it is difficult to lower the bit line voltage below a certain voltage because the channel voltage is determined by the bit line voltage level. Local self-boosting schemes can be used to locally increase the channel voltage, but random programming is not possible in this case. If the boosted-bitline programming scheme is used, the channel voltage can be increased. However, the large bitline capacitance has the disadvantage of increasing program time, power consumption, and manufacturing cost. In addition, there is a method of improving the program disturbance by increasing the channel voltage by using a source-line programming scheme or using a negative threshold voltage cell architecture. The disadvantage is that the operation is complicated and additional peripheral circuits are required.
낸드형 플래시 메모리 소자 구조에서 프로그램 방해 특성을 줄이는데 있어 자기 부스팅 프로그램 금지 방법을 사용하여 프로그램 하지 않는 셀의 채널 전압을 높이는 것은 한계가 있고 큰 전력 소모, 성능 저하, 칩 면적 증가 및 복잡한 프로그램 방법 그리고 제조단가 증가 등의 손실이 발생한다. 또한 소자 집적도가 증가할 때 인접 셀 간의 플로팅 게이트 커플링에 의해 문턱 전압 분포가 넓어지는 단점이 있으며, 셀 분리 폭(Isolation width)이 감소함에 따라 누설 전류의 증가로 프로그램 방해 특성이 나빠지기 때문에 이 문제를 개선하기 위하여 새로운 소자 구조가 필요하다. Raising the channel voltage of unprogrammed cells using the self-boosting program prohibition method in NAND type flash memory device structure is limited and has a large power consumption, performance degradation, increased chip area and complicated programming methods and manufacturing. Losses, such as an increase in unit cost, occur. In addition, there is a disadvantage in that the threshold voltage distribution is widened by floating gate coupling between adjacent cells when the device density increases, and as the isolation width decreases, the program disturb characteristic becomes worse due to an increase in leakage current. New device structures are needed to improve the problem.
따라서, 본 발명은 부스터 라인을 가지는 프로그램 방법을 사용하여 낮은 공급 전압에서 파워 소모가 적고 칩 면적이 작으며 프로그램 방법이 간단한 고효율의 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자를 제공한다. Accordingly, the present invention provides a NAND flash memory device having a high efficiency booster line having a low power consumption, a small chip area, and a simple programming method at a low supply voltage using a program method having a booster line.
또한, 본 발명은 비선택된 워드 라인에 패스 전압을 인가하지 않고서도 비프로그램 메모리 셀의 높은 채널 전압을 얻을 수 있는 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자를 제공한다.The present invention also provides a NAND flash memory device having a booster line capable of obtaining a high channel voltage of a nonprogrammed memory cell without applying a pass voltage to an unselected word line.
또한, 본 발명은 프로그램 방해 특성을 줄이고 패스 방해를 완전히 제거하여 신뢰성을 크게 향상시키는 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자를 제공한다. In addition, the present invention provides a NAND flash memory device having a booster line which greatly reduces the program disturb characteristic and completely eliminates the path disturb, thereby greatly improving the reliability.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체기판의 활성영역들 상부에 형성되는 복수개의 플로팅 게이트; 상기 반도체기판 내의 상기 활성영역들 사이에 형성되는 소자분리막; 상기 소자분리막 내에 형성되는 부스터 라인; 및 상기 플로팅 게이트 및 상기 부스터 라인을 덮는 컨트롤 게이트를 포함하는 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자가 제공될 수 있다.In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a plurality of floating gate formed on the active region of the semiconductor substrate; An isolation layer formed between the active regions in the semiconductor substrate; A booster line formed in the device isolation layer; And a booster line including a floating gate and a control gate covering the booster line.
바람직하게는, 상기 소자분리막은 셀로우 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation) 공정에 의해 형성된 STI일 수 있으며, 상기 부스터 라인은 상기 활성영역들 및 상기 컨트롤 게이트와의 사이에 커패시턴스를 형성할 수 있다. Preferably, the device isolation layer may be an STI formed by a shallow trench isolation process, and the booster line may form a capacitance between the active regions and the control gate.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체기판의 소정영역에 형성되고, 서로 평행한 복수개의 소자분리막; 상기 복수개의 소자분리막들 사이의 활성영역들을 가로지르고, 서로 평행한 스트링 선택 라인 패턴 및 접지 선택 라인 패턴; 상기 스트링 선택 라인 패턴 및 상기 접지 선택 라인 패턴 사이에 배치된 복수개의 워드 라인 패턴; 및 상기 각 소자분리막 내에 상기 복수개의 워드 라인 패턴을 가로지르고, 상기 스트링 선택 라인 패턴 및 상기 접지 선택 라인 패턴 사이에 형성되는 부스터 라인을 포함하는 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자가 제공될 수 있다.In order to achieve the above objects, according to another aspect of the invention, a plurality of device isolation film formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, parallel to each other; A string select line pattern and a ground select line pattern crossing the active regions between the plurality of device isolation layers and parallel to each other; A plurality of word line patterns disposed between the string select line pattern and the ground select line pattern; And a booster line intersecting the plurality of word line patterns in each of the device isolation layers, the booster line including a booster line formed between the string select line pattern and the ground select line pattern. .
바람직하게는, 상기 소자분리막은 셀로우 트렌치 분리 공정에 의해 형성된 STI이고, 상기 부스터 라인은 상기 소자분리막 사이의 활성영역들 및 상기 워드 라인 패턴과의 사이에 커패시턴스를 형성할 수 있다. Preferably, the device isolation layer is an STI formed by a shallow trench isolation process, and the booster line may form capacitance between the active regions between the device isolation layer and the word line pattern.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 행들과 열들로 배열되고 전기적으로 소거 및 프로그램되는 복수 개의 메모리 셀 트랜지스터들, 상기 행 방향으로 신장하는 복수 개의 워드 라인들, 상기 열 방향으로 신장하는 복수 개의 비트 라인들 및 상기 비트 라인들 사이에 형성되는 부스터 라인들 을 가지는 낸드형 플래시 메모지 소자의 프로그램 방법에 있어서, 프로그램될 메모리 셀 트랜지스터에 상응하는 워드 라인과 비트 라인을 선택하는 단계; 선택된 워드 라인으로 프로그램 전압을 공급하고, 비선택된 워드 라인들을 플로팅시키는 단계; 및 비선택된 비트 라인으로 금지 전압을 공급하는 단계를 포함하는 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 프로그램 방법이 제공될 수 있다.In order to achieve the above objects, according to another aspect of the present invention, a plurality of memory cell transistors arranged in rows and columns and electrically erased and programmed, a plurality of word lines extending in the row direction, the column direction A method of programming a NAND flash memo device having a plurality of bit lines extending to each other and booster lines formed between the bit lines, the method comprising: selecting a word line and a bit line corresponding to a memory cell transistor to be programmed; ; Supplying a program voltage to the selected word line and plotting the unselected word lines; And a booster line including supplying a forbidden voltage to an unselected bit line.
바람직하게는, 상기 프로그램될 메모리 셀 트랜지스터의 채널 전압은 상기 부스터 라인을 통한 상기 프로그램 전압에 의해 상대적으로 높아질 수 있다. Advantageously, the channel voltage of the memory cell transistor to be programmed may be relatively high by the program voltage through the booster line.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 동일 또는 유사한 개체를 순차적으로 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.Hereinafter, exemplary embodiments of a NAND flash memory device having a booster line according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of the present specification are merely identification symbols for sequentially distinguishing identical or similar entities.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 회로도이고, 도 6은 도 5에 도시된 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 평면도이며, 도 7은 도 6의 B-B'라인에 따른 단면도이고, 도 8은 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압에 따른 문턱전압의 이동량을 나타낸 그래프이다. 이하에서는, 하나의 셀 스트링이 16개의 메모리 셀을 포함하는 것 을 가정하여 설명하지만, 그 외의 경우에도 동일한 내용이 적용가능하다.5 is a circuit diagram of a NAND flash memory device having a booster line according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 6 is a plan view of a NAND flash memory device having a booster line shown in FIG. 5, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line B-B ', and FIG. 8 is a graph showing the amount of shift of the threshold voltage according to the channel voltage of the non-program memory cell. In the following description, it is assumed that one cell string includes 16 memory cells, but the same may be applied to other cases.
제1 셀 스트링(510)은 두 개의 선택 트랜지스터들(MSS51 및 MGS51)과, 드레인-소스 전류 통로가 스트링 선택 트랜지스터(MSS51)의 소스와 접지 선택 트랜지스터(MGS51)의 접지(소스) 사이에 직렬로 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(M51-0 ~ M51-15)을 포함한다. 제2 셀 스트링(520)은 두 개의 선택 트랜지스터들(MSS52 및 MGS52)과, 드레인-소스 전류 통로가 스트링 선택 트랜지스터(MSS52)의 소스와 접지 선택 트랜지스터(MGS52)의 접지(소스) 사이에 직렬로 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(M52-0 ~ M52-15)을 포함한다. The
각 메모리 셀 트랜지스터들(M51-0 ~ M51-15, M52-0 ~ M52-15)은 채널에 의해 분리된 드레인 영역 및 소스 영역을 포함한다. 플로팅 게이트(535a, 535b, 535c, …)는 채널 표면의 산화면(710a, 710b, 710c, …) 상에 형성되고, 컨트롤 게이트(530)는 플로팅 게이트 표면의 절연막(720a, 720b, 720c, …) 상에 형성된다. 스트링 선택 트랜지스터들(MSS51, MSS52)의 드레인(511, 512)은 각각 비트 라인(BL51(561), BL52(562))에 연결되고, 접지 선택 트랜지스터들(MGS51, MGS52)의 소스는 공통 소스 라인(550)에 연결된다. 공통 소스 라인(550)은 프로그램 동작시 전원 전압(Vcc)이 인가된다. 스트링 선택 트랜지스터들(MSS51, MSS52) 및 접지 선택 트랜지스터들(MGS51, MGS52)의 게이트들은 스트링 선택 라인(SSL(520)) 및 접지 선택 라인(GSL(540))에 각각 연결된다. 프로그램될 메모리 셀 트랜지스터를 M51-0이라 가정할 때, 추후 설명할 부스터 라인(500a, 500b)에 의해 영향을 받는 메모리 셀 트랜지스터 그룹(580)은 제2 셀 스트링(520)의 각 메모리 셀 트랜지스터들(M52- 0, …, M52-15)이다. Each of the memory cell transistors M51-0 to M51-15 and M52-0 to M52-15 includes a drain region and a source region separated by a channel. The floating
비트 라인들(BL51(561), BL52(562), …)은 소자분리막(571, 572, …)에 의해 구분된다. 소자분리막(571, 572, …)은 셀로우 트렌치 분리(STI; Shallow Trench Isolation) 공정에 의해 형성된 STI이며, 소자분리막(571, 572, …) 내에 부스터 라인(500a, 500b, …)이 형성된다. 부스터 라인(500a, 500b)은 비트 라인들(BL51(561), BL52(562), …) 사이에 형성되며(즉, 하나의 비트 라인 양측으로 하나씩 2개의 부스터 라인이 존재함), 스트링 선택 라인(SSL(520))과 접지 선택 라인(GSL(540)) 사이의 워드 라인들(530-0, 530-1, …, 530-15)과는 도 6의 평면도를 참조하면 서로 교차하는 영역(A1 ~ A8)이 존재한다. The bit lines
반도체 기판(700)의 소정영역(여기서는, STI)에 서로 평행한 복수개의 소자분리막들(571, 572, …)이 형성된다. 복수개의 소자분리막들(571, 572, …) 사이의 활성영역들(즉, 비트 라인(BL51(561), BL52(562))이 형성될 영역들) 상에 터널산화막(미도시)이 형성된다. 복수개의 소자분리막들(571, 572, …) 및 터널산화막을 가로질러서 스트링 선택 라인 패턴(520) 및 접지 선택 라인 패턴(540)이 배치된다. 스트링 선택 라인 패턴(520) 및 접지 선택 라인 패턴(540)은 일정 간격을 가지고 평행하게 배치되며, 그 사이에 복수개의 워드 라인 패턴들(530-0, 530-1, …, 530-15)이 배치된다. A plurality of device isolation layers 571, 572,... Parallel to each other are formed in a predetermined region (here, STI) of the
스트링 선택 라인 패턴(520)은 차례로 적층된 스트링 선택 라인, 게이트 층간절연막(미도시) 및 더미 게이트 전극(미도시)으로 구성되고, 접지 선택 라인 패턴(540)은 차례로 적층된 접지 선택 라인, 게이트 층간 절연막(미도시) 및 더미 게 이트 전극(미도시)으로 구성된다. 각 워드 라인 패턴(530-0, 530-1, …, 530-15)은 차례로 적층된 채널 산화막(710a, 710b, …), 플로팅 게이트(535a, 535b, …), 게이트 층간절연막(720a, 720b, …) 및 워드 라인(즉, 컨트롤 게이트(530))으로 구성된다. 플로팅 게이트(535a, 535b, …)는 각 활성영역 및 각 워드 라인 패턴이 서로 교차하는 부분에 형성된다. The string
스트링 선택 라인 패턴(520), 복수개의 워드 라인 패턴들(530-0, 530-1, …, 530-15), 접지 선택 라인 패턴(540) 사이의 활성영역들에 불순물 영역들이 형성된다. 불순물 영역들은 반도체 기판(700)과 다른 도전형의 불순물로 도핑된 영역들이다. 스트링 선택 라인 패턴(520)과 인접하고 접지 선택 라인 패턴(540)의 반대편의 활성영역들에 형성된 불순물 영역들은 각 셀 스트링의 드레인 영역들(511, 512)에 해당한다. Impurity regions are formed in active regions between the string
또한, 접지 선택 라인 패턴(540)과 인접하고 스트링 선택 라인 패턴(520)의 반대편의 활성영역들에 형성된 불순물 영역들은 각 셀 스트링의 소스 영역들에 해당한다. 각 소스 영역들 및 각 소스 영역들 사이의 소자분리막들 상에 접지 선택 라인 패턴(540)과 평행한 공통 소스 라인(550)이 배치된다. In addition, the impurity regions formed in the active regions adjacent to the ground
복수개의 워드 라인 패턴(530-0, 530-1, …, 530-15) 및 공통 소스 라인(550)을 가로질러 복수개의 비트 라인들(BL51(561), BL52(562))이 형성된다. 각 비트 라인들(BL51(561) 또는 BL52(562))은 각 드레인 영역과 전기적으로 접속된다. A plurality of bit lines BL51 561 and
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 프로그램 동작은 상술한 바와 같으며, 차이점은 다음과 같다. Here, the program operation of the NAND flash memory device having the booster line according to the embodiment of the present invention is as described above, and the differences are as follows.
기존에는 패스 전압(Vpass)(예를 들어, 10V)이 워드 라인들(WL1(530-1) ~ WL15(530-15)), 즉 선택된 워드 라인(WL0(530-0))을 제외한 비선택된 워드 라인들로 인가되었다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 부스터 라인(500a, 500b)에 의해 패스 전압이 인가되지 않고서도 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압을 충분히 높이는 것이 가능하므로, 비선택된 워드 라인들에 패스 전압을 인가하지 않고 비선택된 워드 라인들을 플로팅(floating)시킨다. 소정 시간이 경과된 후, 프로그램 전압(Vpgm)(예를 들면, 18V)이 선택된 워드 라인(WL0(530-0))으로 인가된다. Conventionally, the pass voltage Vpass (for example, 10V) is unselected except for the word lines WL1 530-1 to WL15 530-15, that is, the selected word line WL0 50-0. Applied to word lines. However, according to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to sufficiently increase the channel voltage of the non-program memory cell without applying the pass voltage by the
이하에서는 제1 비트 라인(BL1 또는 BL51) 내의 제1 워드 라인(WL0)이 선택된 것으로 가정하여 설명한다.Hereinafter, it will be assumed that the first word line WL0 in the first bit line BL1 or BL51 is selected.
그림 8을 참조하면, 초기 문턱전압(Vth)(메모리 '1' 상태 : 이는 설계자에 따라 소자의 이레이징된 상태의 문턱전압을 달리 할 수 있기 때문에 보통 -3V에서 -1V 사이에 있을 수 있음)은 프로그램 방해 특성에 의한 문턱전압 이동에 의해 음의 문턱전압이 양의 값으로 이동할 수 있다. 이때 선택된 셀의 읽기 전압이 0V 이기 때문에 원래는 '1' 상태였던 셀을 '0' 상태로 읽게 되어 오류가 나타나게 된다. '810'을 참조하면, 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압이 증가함에 따라 문턱전압 이동이 감소하므로, 채널 전압을 높임으로써 프로그램 방해 특성을 줄일 수 있다. Referring to Figure 8, the initial threshold voltage (Vth) (memory '1' state: it can usually be between -3V and -1V because the designer can vary the threshold voltage of the device's erased state) The negative threshold voltage may move to a positive value by shifting the threshold voltage due to the program disturbance characteristic. At this time, since the read voltage of the selected cell is 0V, the cell that was originally '1' is read as '0' and an error appears. Referring to 810, since the shift of the threshold voltage decreases as the channel voltage of the non-program memory cell increases, the program disturbance characteristic may be reduced by increasing the channel voltage.
따라서, 선택된 워드 라인(WL0)의 비선택된 비트 라인(BL2)에 상응하는 비프로그램 메모리 셀(M2-0)의 컨트롤 게이트(130)와 플로팅 게이트(135b) 사이의 커플링 비율(coupling ratio)을 높여 채널 전압을 높이게 된다. Therefore, a coupling ratio between the
또한, 동일한 워드 라인에 여러 번의 부분 프로그램을 할 경우에 본 발명에 서 제안한 부스터 라인을 이용한 프로그래밍 방법은 문턱전압 이동으로 인한 읽기 오류에 대한 마진이 높기 때문에 더 많은 부분 프로그램을 시행하는 것이 가능하다. In addition, when several partial programs are performed on the same word line, the programming method using the booster line proposed in the present invention can execute more partial programs because the margin for read error due to threshold voltage shift is high.
도 9는 기존의 낸드형 플래시 메모리 소자의 하나의 셀 스트링에 포함되는 메모리 셀들의 커패시턴스 등가 회로도이며, 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 커패시턴스 등가 회로도이다.9 is a capacitance equivalent circuit diagram of memory cells included in one cell string of a conventional NAND flash memory device, and FIG. 10 is a capacitance equivalent of a NAND flash memory device having a booster line according to an exemplary embodiment of the present invention. It is a circuit diagram.
도 9를 참조하면, 기존에는 컨트롤 게이트(130)와 플로팅 게이트(135b) 사이에서 게이트 옥사이드 커패시턴스(CONO)가 형성되고, 플로팅 게이트(135b)와 채널 사이에 터널 옥사이드 커패시턴스(COX)가 형성된다. Referring to FIG. 9, a gate oxide capacitance C ONO is formed between the
그리고 도 10을 참조하면, 부스터 라인(500a, 500b)이 비프로그램 메모리 셀(M52-0)의 채널 양측에 형성되어 있다. 따라서, 게이트 옥사이드 커패시턴스(CONO)와 터널 옥사이드 커패시턴스(COX) 이외에, 부스터 라인(500a, 500b)에 의한 상부 옥사이드 커패시턴스(CTOP)와 측면 옥사이드 커패시턴스(CSW)가 부가적으로 형성된다. 10,
따라서, 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자에서는 커플링 비율이 게이트 옥사이드 커패시턴스(CONO), 터널 옥사이드 커패시턴스(COX), 상부 옥사이드 커패시턴스(CTOP) 및 측면 옥사이드 커패시턴스(CSW)의 4가지 인자에 의해 결정 되므로, 기존에 게이트 옥사이드 커패시턴스(CONO), 터널 옥사이드 커패시턴스(COX) 만으로 결정되던 커플링 비율의 한계를 극복하는 것이 가능하다. Therefore, in the NAND type flash memory device having a booster line, the coupling ratio is four kinds of gate oxide capacitance (C ONO ), tunnel oxide capacitance (C OX ), upper oxide capacitance (C TOP ), and side oxide capacitance (C SW ). Since it is determined by the factor, it is possible to overcome the limitation of the coupling ratio, which was previously determined only by the gate oxide capacitance (C ONO ) and the tunnel oxide capacitance (C OX ).
도 9 및 도 10의 커패시턴스 모델을 수식화하면 하기의 수학식 1 및 수학식 2와 같다. 수학식 1은 도 9의 커패시턴스 모델을 수식화한 것이며, 수학식 2는 도 10의 커패시턴스 모델을 수식화한 것이다. Formulating the capacitance models of FIGS. 9 and 10 is the same as
여기서, 는 선택되지 않은 비트라인을 통해서 프리차지된 전압이고, 는 기존의 낸드 플래시 메모리 소자의 '0' 상태의 문턱전압이다. 은 기존의 낸드형 플래시 메모리 소자의 채널 부스트 비율이고, 와 은 각각 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 비프로그램 메모리 셀의 채널 부스트 비율과 부스터 라인을 게이트로 하는 비선택 메모리 셀의 채널 부스트 비율을 나타낸다. Cch는 채널 커패시턴스로 16개 셀의 반전층과 p 우물층, 그리고 n 확산층과 p 우물층 사이의 캐패시턴스를, Ccs 는 셀 스트링 간의 커패시턴스로 16개 셀의 활성영역과 다른 셀 스트링에 있는 셀 사이의 캐패시턴스를 나타낸다. CTOTAL은 기존의 낸드형 플래시 메모리 소자의 16개 셀의 총 캐패시턴스를 나타내고 C'TOTAL은 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 총 캐패시턴스를 나타낸다.here, Is the voltage precharged through the unselected bit lines, Is a threshold voltage of a '0' state of a conventional NAND flash memory device. Is the channel boost ratio of conventional NAND flash memory devices, Wow Denotes the channel boost ratio of the non-program memory cell of the NAND flash memory device having the booster line and the channel boost ratio of the non-selected memory cell gated by the booster line. C ch is the channel capacitance, the capacitance between the inverted layer and the p well layer of 16 cells, and the capacitance between the n diffusion layer and the p well layer, and C cs is the capacitance between the cell strings and the cells in the cell region different from the active region of 16 cells. Represents the capacitance between. C TOTAL represents the total capacitance of 16 cells of a conventional NAND flash memory device, and C ' TOTAL represents the total capacitance of a NAND flash memory device having a booster line.
기존의 낸드형 플래시 메모리 소자의 채널 전압을 높이는 유효 전압 진폭(effective swing voltage)은 (Vpass - Vth0 - Vchi)이고, 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자는 (Vpgm - Vchi)이므로, 부스터 라인을 가지는 낸드형 플 래시 메모리 소자의 유효 전압 진폭이 훨씬 크다. 또한, 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 비프로그램 메모리 셀은 게이트 옥사이드 커패시턴스(CONO)와 터널 옥사이드 커패시턴스(COX) 이외에, 부스터 라인(500a, 500b)에 의한 상부 옥사이드 커패시턴스(CTOP)와 측면 옥사이드 커패시턴스(CSW)가 부가적으로 병렬 연결되므로 채널 부스트 비율 는 보다 크다. 따라서 기존 플래시 메모리 소자의 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압보다 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자의 비프로그램 메모리 셀의 채널 전압이 높고 이에 따라 비프로그램 메모리 셀의 프로그램 방해 특성을 줄이게 된다. 또한, 부스터 라인을 이용한 프로그래밍 방법은 비선택 워드 라인에 아무런 전압도 주지 않기 때문에 비선택 메모리 셀들에 의한 패스 방해도 없게 된다. Since the effective swing voltage for increasing the channel voltage of the conventional NAND flash memory device is (Vpass-V th0 -V chi ), and the NAND flash memory device having a booster line is (Vpgm-V chi ), The effective voltage amplitude of NAND flash memory devices with booster lines is much larger. In addition, the non-program memory cell of the NAND flash memory device having a booster line has an upper oxide capacitance C TOP by the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부스터 라인을 가지는 낸드형 플래시 메모리 소자 및 프로그램 방법은 부스터 라인을 가지는 프로그램 방법을 사용하여 낮은 공급 전압에서 파워 소모가 적고 칩 면적이 작으며 프로그램 방법이 간단하고 고효율이다. As described above, the NAND flash memory device having the booster line and the program method according to the present invention use the program method having the booster line, which consumes less power at low supply voltage, the chip area is small, the programming method is simple, and the high efficiency. to be.
또한, 비선택된 워드 라인에 패스 전압을 인가하지 않고서도 비프로그램 메모리 셀의 높은 채널 전압을 얻을 수 있다.In addition, a high channel voltage of the non-program memory cell can be obtained without applying a pass voltage to the unselected word line.
또한, 프로그램 방해 특성을 줄이고 패스 방해를 완전히 제거하여 신뢰성을 크게 향상시킨다. It also greatly reduces reliability by reducing program disturbances and completely eliminating pass disturbances.
또한, 동일한 워드 라인에 여러 번의 부분 프로그램을 할 경우에 문턱전압 이동으로 인한 읽기 오류에 대한 마진이 높기 때문에 더 많은 부분 프로그램을 시행하는 것이 가능하다. In addition, when a plurality of partial programs are executed on the same word line, it is possible to implement more partial programs because the margin for read error due to threshold voltage shift is high.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
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