KR100784864B1 - Nand flash memory device performing pre-program operation after erease operation and erase method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 낸드 플래시 메모리의 셀 스트링 구조를 보여주는 회로도이다. 1 is a circuit diagram illustrating a cell string structure of a general NAND flash memory.
도 2는 하나의 메모리 셀에 2 비트 데이터가 프로그램되는 과정을 보여준다.2 shows a process in which 2-bit data is programmed in one memory cell.
도 3은 도 1에 낸드 플래시 메모리의 프로그램 동작 시에 바이어스 조건을 보여주는 타이밍도이다. FIG. 3 is a timing diagram illustrating a bias condition during a program operation of the NAND flash memory of FIG. 1.
도 4는 프로그램 금지 비트 라인(IHB_BL)에 연결된 모든 메모리 셀이 소거 상태(11)인 경우를 보여준다. 4 illustrates a case where all memory cells connected to the program inhibit bit line IHB_BL are in an
도 5는 프로그램 금지 비트 라인(IHB_BL)에 연결된 모든 메모리 셀이 프로그램 상태(00)인 경우를 보여준다. FIG. 5 shows a case in which all memory cells connected to the program inhibit bit line IHB_BL are in a program state (00).
도 6은 로컬 부스팅 스킴(local boosting scheme)을 사용하는 낸드 플래시 메모리를 보여준다. 6 shows a NAND flash memory using a local boosting scheme.
도 7은 도 6에 도시된 메모리 셀의 문턱 전압 분포를 보여준다. FIG. 7 illustrates threshold voltage distributions of the memory cell illustrated in FIG. 6.
도 8은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리를 보여주는 블록도이다. 8 is a block diagram illustrating a NAND flash memory according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 1 바이어스 조건을 보여준다. 9 illustrates a first bias condition during a post program operation of a NAND flash memory according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 2 바이어스 조건을 보여준다. 10 illustrates a second bias condition during a post program operation of the NAND flash memory according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 3 바이어스 조건을 보여준다. 11 illustrates a third bias condition during post program operation of the NAND flash memory according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 4 바이어스 조건을 보여준다. 12 illustrates a fourth bias condition during post program operation of a NAND flash memory according to the present invention.
도 13은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 동작의 제 1 실시 예를 보여주는 순서도이다. 13 is a flowchart illustrating a first embodiment of an erase operation of a NAND flash memory according to the present invention.
도 14는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 동작의 제 2 실시 예를 보여주는 순서도이다. 14 is a flowchart illustrating a second embodiment of an erase operation of a NAND flash memory according to the present invention.
도 15는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 동작의 제 3 실시 예를 보여주는 순서도이다.15 is a flowchart illustrating a third embodiment of an erase operation of a NAND flash memory according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
100; 낸드 플래시 메모리 110; 메모리 셀 어레이100;
120; 디코더 130; 페이지 버퍼120;
140; 소거 제어기140; Erase controller
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소거 동작 전에 포스트 프로그램 동작을 수행하는 낸드 플래시 메모리에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a NAND flash memory that performs a post program operation before an erase operation.
반도체 메모리 장치(semiconductor memory device)는 데이터를 저장해 두고 필요할 때 꺼내어 읽어볼 수 있는 기억장치이다. 반도체 메모리 장치는 크게 램(Random Access Memory; RAM)과 롬(Read Only Memory; ROM)으로 나눌 수 있다. 램(RAM)은 전원이 끊어지면 저장된 데이터가 소멸하는 휘발성 메모리 장치(volatile memory device)이다. 롬(ROM)은 전원이 끊어지더라도 저장된 데이터가 소멸하지 않는 불휘발성 메모리(nonvolatile memory device)이다. 램(RAM)은 DRAM(Dynamic RAM), SRAM(Static RAM) 등을 포함한다. 롬(ROM)은 PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable PROM), EEPROM(Electrically EPROM), 플래시 메모리(flash memory) 등을 포함한다. 플래시 메모리는 크게 노어형과 낸드형으로 구분된다.A semiconductor memory device is a memory device that stores data and can be read out when needed. The semiconductor memory device may be largely divided into a random access memory (RAM) and a read only memory (ROM). RAM is a volatile memory device in which stored data is lost when power is lost. ROM is a nonvolatile memory device in which stored data is not destroyed even when a power supply is cut off. RAM includes Dynamic RAM (DRAM), Static RAM (SRAM), and the like. The ROM includes a programmable ROM (PROM), an erasable PROM (EPROM), an electrically EPROM (EPROM), a flash memory, and the like. Flash memory is divided into NOR type and NAND type.
도 1은 일반적인 낸드 플래시 메모리의 셀 스트링 구조를 보여주는 회로도이다. 도 1을 참조하면, 하나의 셀 스트링(cell string, 10)에는 접지 선택 트랜지스터(Ground Selection Transistor; GST), 복수의 메모리 셀(MC0~MC31), 그리고 스트링 선택 트랜지스터(String Selection Transistor; SST)가 직렬로 연결된다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 공통 소스 라인(Common Source Line; CSL)에 연결되고, 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 비트 라인(BL)에 연결된다.1 is a circuit diagram illustrating a cell string structure of a general NAND flash memory. Referring to FIG. 1, one
메모리 셀(MC0~MC31)의 게이트에는 워드 라인(WL0~WL31)이 연결되고, 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트에는 스트링 선택 라인(String Selection Line; SSL)이 연결되며, 접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트에는 접지 선택 라인(Ground Selection Line; GSL)이 연결된다. The word lines WL0 to WL31 are connected to gates of the memory cells MC0 to MC31, the string selection line SSL is connected to the gate of the string select transistor SST, and the ground select transistor GST is connected to the gate of the string select transistor SST. A ground selection line (GSL) is connected to the gate of the gate.
메모리 셀(MC0~MC31)은 문턱 전압의 분포에 따라 데이터 1 또는 0을 저장한다. 여기에서, 데이터 0을 저장하는 메모리 셀은 프로그램 셀이라 하고, 데이터 1을 저장하는 메모리 셀은 소거 셀이라 한다. 메모리 셀은 소거된 다음에, 프로그램된다. 도 1을 참조하면, 프로그램 셀(예를 들면, MC28)이 연결되어 있는 비트 라인(PGM_BL)에는 0V가 인가되고, 프로그램 금지 셀(MC28')이 연결되어 있는 비트 라인(IHB_BL)에는 전원전압(Vcc)이 인가된다. The memory cells MC0 to
프로그램 동작 시에, 선택 워드 라인(WL28)에는 프로그램 전압(Vpgm)이 인가되고, 비선택 워드 라인(WL0~WL27, WL29~WL31)에는 패스 전압(Vpass)이 인가된다. 이때 프로그램 셀(MC28')은 데이터 '0'에 해당하는 문턱 전압을 갖고, 프로그램 금지 셀(MC28)은 소거 상태, 즉 데이터 '1'에 해당하는 문턱 전압을 갖는다.In the program operation, a program voltage Vpgm is applied to the select word lines WL28 and a pass voltage Vpass is applied to the unselected word lines WL0 to WL27 and WL29 to WL31. In this case, the program cell MC28 'has a threshold voltage corresponding to the data' 0 ', and the program inhibiting cell MC28 has an erase state, that is, a threshold voltage corresponding to the data' 1 '.
한편, 하나의 메모리 셀에 멀티 비트 데이터(multi bit data)가 저장될 수 있다. 이러한 메모리 셀은 보통 멀티 레벨 셀(MLC; Multi Level Cell)이라고 한다. 도 2는 하나의 메모리 셀에 하위 비트(LSB: Least Significant Bit)와 상위 비트(MSB: Most Significant Bit), 즉 2 비트 데이터가 프로그램되는 과정을 보여준다.Meanwhile, multi bit data may be stored in one memory cell. Such memory cells are commonly referred to as multi level cells (MLCs). FIG. 2 shows a process in which a least significant bit (LSB) and a most significant bit (MSB), that is, two bit data, are programmed in one memory cell.
도 2를 참조하면, 메모리 셀은 문턱 전압 분포에 따라 4개의 상태(11, 10, 00, 01) 중 어느 하나를 갖도록 프로그램된다. 11 상태를 갖는 메모리 셀은 하위 비트(LSB) 데이터에 따라 11 상태를 유지하거나 10 상태로 프로그램된 다(Program1). 10 상태를 갖는 메모리 셀은 상위 비트(MSB)에 따라, 10 상태를 유지하거나 00 상태로 프로그램된다(Program2). 한편, 11 상태를 갖는 메모리 셀은 상위 비트(MSB)에 따라 11 상태를 유지하거나, 01 상태를 갖도록 프로그램된다(program3).Referring to FIG. 2, a memory cell is programmed to have one of four
도 3은 도 1에 낸드 플래시 메모리의 프로그램 동작 시에 바이어스 조건을 보여주는 타이밍도이다. 프로그램 동작이 시작되면, 프로그램 비트 라인(PGM_BL)은 0V로, 프로그램 금지 비트 라인(IHB_BL)은 전원전압(Vcc)으로 각각 세트업(setup) 된다.FIG. 3 is a timing diagram illustrating a bias condition during a program operation of the NAND flash memory of FIG. 1. When the program operation starts, the program bit line PGM_BL is set to 0V and the program prohibition bit line IHB_BL is set up to the power supply voltage Vcc, respectively.
t1에서, 스트링 선택라인(SSL)에 전원전압(Vcc)이 인가된다. 이때 프로그램 금지 셀(MC28)의 채널 전압은 (Vcc-Vth)이다. 여기에서, Vth는 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 문턱 전압이다. 그리고 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 컷-오프(Cut-off) 상태가 된다. At t1, a power supply voltage Vcc is applied to the string select line SSL. At this time, the channel voltage of the program inhibiting cell MC28 is (Vcc-Vth). Here, Vth is a threshold voltage of the string select transistor SST. The string select transistor SST is in a cut-off state.
t2에서, 스트링 선택라인(SSL)에 인가되는 전압을 문턱 전압(Vth)보다 높고 전원 전압(Vcc)보다 낮은 전압(Vsel)으로 낮춘다. 이는 스트링 선택 트랜지스터(SST)를 더욱 강한 컷-오프 상태로 만들기 위함이다.At t2, the voltage applied to the string select line SSL is lowered to a voltage Vsel that is higher than the threshold voltage Vth and lower than the power supply voltage Vcc. This is to make the string select transistor SST to a stronger cut-off state.
t3에서, 선택 워드 라인(WL28) 및 비선택 워드 라인(WL0~WL27, WL29~WL31)에 약 8V에 해당하는 고전압을 인가한다. 이때 인가되는 고전압을 패스 전압(Vpass)이라 한다. 선택 워드 라인(WL28)을 통해 프로그램 금지 셀(MC28)의 게이트에 패스 전압(Vpass)이 인가되면, 프로그램 금지 셀(MC28)의 게이트와 채널 사이의 커패시턴스 커플링(capacitance coupling) 현상이 발생한다. 커패시턴스 커플링 현상으로 인해, 채널 전압은 부스트 전압(Vboost)으로 상승한다. 이러한 현상을 셀프-부스팅(Self-Boosting)이라고 한다. 여기에서, 부스트 전압(Vboost)은 프로그램 금지 셀(MC28)에서 F-N 터널링이 일어나지 않도록 한다. At t3, a high voltage corresponding to about 8V is applied to the select word lines WL28 and the unselected word lines WL0 to WL27 and WL29 to WL31. The high voltage applied at this time is called a pass voltage Vpass. When the pass voltage Vpass is applied to the gate of the program inhibiting cell MC28 through the selection word line WL28, a capacitance coupling phenomenon occurs between the gate and the channel of the program inhibiting cell MC28. Due to the capacitance coupling phenomenon, the channel voltage rises to the boost voltage Vboost. This phenomenon is called self-boosting. Here, the boost voltage Vboost prevents F-N tunneling from occurring in the program inhibiting cell MC28.
t4에서, 선택 워드 라인(WL28)에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가되면, 프로그램 셀(MC28')은 F-N 터널링 현상에 의해 프로그램된다. 즉, 채널에 있던 전자가 프로그램 셀(MC28')의 플로팅 게이트로 주입된다. 프로그램 금지 셀(MC28)에서는 F-N 터널링 현상이 일어나지 않기 때문에 채널의 전자가 플로팅 게이트로 주입되지 않는다. At t4, when the program voltage Vpgm is applied to the select word line WL28, the program cell MC28 'is programmed by the F-N tunneling phenomenon. That is, electrons in the channel are injected into the floating gate of the program cell MC28 '. Since the F-N tunneling does not occur in the program inhibiting cell MC28, electrons of the channel are not injected into the floating gate.
다시 도 1을 참조하면, 낸드 플래시 메모리는 일반적으로 워드 라인 WL0부터 WL31까지 순차적으로 프로그램한다. 이러한 방식을 보통 'min-max 방식'이라고 한다. min-max 방식에 의해 프로그램 동작을 수행하는 낸드 플래시 메모리는 선택 메모리 셀(MC28)과 그것의 하부 메모리 셀(MC0~MC27) 사이에서 전하 공유(charge sharing) 현상이 발생할 수 있다. 즉, 프로그램 금지 셀(MC28)의 채널 전압이 낮아져서, 프로그램 금지 셀(MC28)이 F-N 터널링에 의해 프로그램될 수 있다. 이는 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명된다.Referring back to FIG. 1, a NAND flash memory typically programs sequentially from word lines WL0 to WL31. This method is commonly referred to as the 'min-max method'. In the NAND flash memory performing a program operation by the min-max method, a charge sharing phenomenon may occur between the selected memory cell MC28 and its lower memory cells MC0 to MC27. That is, the channel voltage of the program inhibiting cell MC28 is lowered, so that the program inhibiting cell MC28 can be programmed by F-N tunneling. This is described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.
도 4는 프로그램 금지 비트 라인(IHB_BL)에 연결된 모든 메모리 셀이 소거 상태(11)인 경우를 보여준다. 도 4를 참조하면, 프로그램 셀(B cell)의 벌크(bulk)에는 비트 라인(PGM_BL)을 통해 0V가 인가되고, 게이트(gate)에는 선택 워드 라인(WL28)을 통해 프로그램 전압(Vpgm)이 인가된다. 프로그램 셀(B cell)은 이러한 바이어스 조건에서 F-N 터널링에 의해 프로그램된다. 4 illustrates a case where all memory cells connected to the program inhibit bit line IHB_BL are in an erase
한편, 동일한 워드 라인(WL28)에 연결된 프로그램 금지 셀(A cell)의 벌크(bulk)는 셀프 부스팅(self boosting)에 의해 부스트 전압(Vboost)까지 상승한다. 그 결과, 프로그램 금지 셀(A cell)에서는 F-N 터널링이 일어나지 않는다. 즉, 프로그램 금지 셀(A cell)은 프로그램되지 않는다. 도 4에서 보는 바와 같이, 프로그램 금지 셀(A cell)의 하부 셀이 모두 소거 상태이면, 프로그램 금지 셀(A cell)의 부스팅 효율이 높아진다. 따라서 프로그램 금지 셀(A cell)의 벌크에는 F-N 터널링이 발생하지 않을 만큼의 충분히 높은 전압이 발생한다. Meanwhile, the bulk of the program inhibiting cell A cell connected to the same word line WL28 rises to the boost voltage Vboost by self boosting. As a result, F-N tunneling does not occur in the program inhibited cell A cell. That is, the program inhibit cell A cell is not programmed. As shown in FIG. 4, when all the lower cells of the program inhibited cell A cell are in an erased state, the boosting efficiency of the program inhibited cell A cell is increased. Therefore, the bulk of the program inhibit cell A generates a voltage high enough that F-N tunneling does not occur.
도 5는 프로그램 금지 비트 라인(IHB_BL)에 연결된 모든 메모리 셀이 프로그램 상태(00)인 경우를 보여준다. 도 5를 참조하면, 프로그램 금지 셀(C cell)의 하부 메모리 셀이 프로그램 상태, 즉 00 상태이면, 프로그램 금지 셀(C cell)의 부스팅 효율이 낮아진다. FIG. 5 shows a case in which all memory cells connected to the program inhibit bit line IHB_BL are in a program state (00). Referring to FIG. 5, if the lower memory cell of the program inhibit cell C cell is in a program state, that is, in a 00 state, the boosting efficiency of the program inhibit cell C cell may be lowered.
도 5를 참조하면, 선택 워드 라인(WL28)의 하부 워드 라인(WL0~WL27)에 연결된 메모리 셀은 모두 00 상태로 프로그램되어 있다. 패스 전압(Vpass)이 하부 메모리 셀에 인가될 때, 하부 메모리 셀의 벌크에는 낮은 부스팅 전압이 발생한다. 이로 인해 선택 워드 라인(WL28)에 연결된 프로그램 금지 셀(C cell)의 프로그램 부스팅 전압은 하부 메모리 셀들과의 전하 공유(charge sharing) 효과에 의해 낮아지게 된다. Referring to FIG. 5, all of the memory cells connected to the lower word lines WL0 to WL27 of the select word line WL28 are programmed to a 00 state. When the pass voltage Vpass is applied to the lower memory cell, a low boosting voltage is generated in the bulk of the lower memory cell. As a result, the program boosting voltage of the program inhibiting cell C cell connected to the select word line WL28 is lowered due to the charge sharing effect with the lower memory cells.
그 결과, 프로그램 금지 셀(C cell)의 벌크 전압이 낮아져서, 프로그램 금지 셀(C cell)에서 F-N 터널링이 일어난다. 이러한 현상을 프로그램 디스터번스(program disturbance)라고 한다. 만약, 낸드 플래시 메모리가 min-max 방식에 의해 프로그램된다고 가정하면, 선택 워드 라인이 WL31에 가까울수록 전하 공유(charge sharing)에 의한 프로그램 디스터번스 현상은 더욱 심해진다.As a result, the bulk voltage of the program inhibit cell C cell is lowered, and F-N tunneling occurs in the program inhibit cell C cell. This phenomenon is called program disturbance. If it is assumed that the NAND flash memory is programmed by the min-max method, the closer the selected word line is to WL31, the more severe the program disturbance due to charge sharing becomes.
도 6은 로컬 부스팅 스킴(local boosting scheme)을 사용하는 낸드 플래시 메모리를 보여준다. 도 6을 참조하면, 선택 워드 라인(WL28)의 하부 워드 라인(WL0~WL27)에는 패스 전압(Vpass) 또는 로컬 전압(Vlocal)이 인가된다. 6 shows a NAND flash memory using a local boosting scheme. Referring to FIG. 6, a pass voltage Vpass or a local voltage Vlocal is applied to the lower word lines WL0 to WL27 of the select word line WL28.
로컬 전압(Vlocal)은 선택 워드 라인(WL28)과 인접한 워드 라인(도 6에서는 2개의 워드 라인)에 인가된다. 로컬 전압(Vlocal, 예를 들면 2V)은 패스 전압(Vpass, 예를 들면 8V)보다 낮다. 선택 워드 라인(WL28)과 인접한 워드 라인(WL26, WL27)에 로컬 전압(Vlocal)을 인가하는 이유는, 전하 공유(charge sharing) 경로를 차단함으로, 프로그램 디스터번스 현상을 방지하기 위함이다.The local voltage Vlocal is applied to the word line adjacent to the select word line WL28 (two word lines in FIG. 6). The local voltage (Vlocal, for example 2V) is lower than the pass voltage (Vpass, for example 8V). The reason why the local voltage Vlocal is applied to the word lines WL26 and WL27 adjacent to the selected word line WL28 is to prevent the program disturbance phenomenon by blocking the charge sharing path.
즉, 로컬 부스팅 스킴은 프로그램 금지 셀(E cell)과 하부 메모리 셀과의 전하 공유를 차단하기 위한 것이다. 메모리 셀이 전하 공유를 차단하기 위해서는 완전히 오프 상태로 되어야 한다. 그러나 로컬 전압(Vlocal)이 인가되는 메모리 셀이 소거 셀인 경우에 완전히 오프 되지 않을 수 있다. 이는 도 7을 참조하여 상세히 설명된다.That is, the local boosting scheme is for blocking charge sharing between the program inhibiting cell (E cell) and the lower memory cell. The memory cell must be completely off to block charge sharing. However, when the memory cell to which the local voltage Vlocal is applied is an erase cell, the memory cell may not be completely turned off. This is described in detail with reference to FIG. 7.
도 7은 도 6에 도시된 메모리 셀의 문턱 전압 분포를 보여준다. 도 7(a)는 소거 전의 상태를 보여주고, 도 7(b)는 소거 후의 상태를 보여준다. 도 7(a)에서, E 셀은 도 6에 도시된 프로그램 금지 셀이다. 도 7(a)에 도시된 바와 같이, E 셀은 소거 동작 전에 이미 소거(erase) 상태에 있다. FIG. 7 illustrates threshold voltage distributions of the memory cell illustrated in FIG. 6. Fig. 7 (a) shows the state before erasing, and Fig. 7 (b) shows the state after erasing. In Fig. 7A, the E cell is the program inhibiting cell shown in Fig. 6. As shown in Fig. 7A, the E cell is already in the erased state before the erase operation.
이미 소거 상태에 있는 E 셀이 다시 소거되면, E 셀의 문턱 전압은 더욱 낮 아지게 된다. 이는 E 셀의 게이트에 인가되는 전압에 따라 오프 셀에서 온 셀로 바뀔 수 있음을 의미한다. E 셀이 과소거(over erase)로 인해 온 셀로 되면, 프로그램 전압(Vpgm)에 의한 상승한 E 셀의 채널 전압은 전하 공유에 의해 감소할 수 있다. 그 결과, E 셀은 프로그램 금지 셀이지만, 프로그램될 수 있다. When the E cell already erased is erased again, the threshold voltage of the E cell becomes lower. This means that it can be switched from the off cell to the on cell according to the voltage applied to the gate of the E cell. When the E cell is turned on due to over erase, the channel voltage of the raised E cell due to the program voltage Vpgm may decrease due to charge sharing. As a result, the E cell is a program inhibited cell, but can be programmed.
낸드 플래시 메모리는 소거 동작 시에 소거 셀의 존재 여부를 검출하지 않는다. 즉, 메모리 블록 내의 모든 셀에 대해 일괄적으로 소거 동작이 수행된다. 이미 소거 상태에 있는 셀이 다시 소거되면, 메모리 셀의 문턱 전압은 더욱 낮아지게 된다. 이로 인해, 로컬 전압이 인가되는 메모리 셀이 오프 상태에서 온 셀로 바뀔 수 있다. 즉, 종래의 낸드 플래시 메모리는 메모리 셀의 과소거로 인해 로컬 부스팅 스킴의 효과를 감소시킨다. The NAND flash memory does not detect the presence of an erase cell during an erase operation. That is, the erase operation is collectively performed on all the cells in the memory block. When the cell already in the erased state is erased again, the threshold voltage of the memory cell becomes lower. As a result, the memory cell to which the local voltage is applied may change from the off state to the on cell. That is, the conventional NAND flash memory reduces the effect of the local boosting scheme due to the over-erasing of memory cells.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 소거 동작 후에 포스트 프로그램 동작을 수행함으로 과소거(over erase)를 방지하는 낸드 플래시 메모리를 제공하는 데 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a NAND flash memory that prevents over erase by performing a post program operation after an erase operation.
본 발명의 다른 목적은 소거 동작 후에 수행되는 포스트 프로그램 동작 시에, 전하 공유를 방지하는 낸드 플래시 낸드 플래시 메모리를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a NAND flash NAND flash memory that prevents charge sharing during a post program operation performed after an erase operation.
본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리 장치는 복수의 워드 라인; 각각의 워드 라인에 연결되는 복수의 메모리 셀; 및 상기 복수의 메모리 셀을 소거한 다음에, 상기 복수의 메모리 셀을 포스트 프로그램하는 소거 제어기를 포함하되, 상기 소거 제어기는 상기 복수의 워드 라인 중에서 하나 또는 그 이상의 워드 라인에 연결된 메모리 셀만을 선택적으로 포스트 프로그램한다.A NAND flash memory device according to the present invention includes a plurality of word lines; A plurality of memory cells connected to each word line; And an erase controller for erasing the plurality of memory cells and then post programming the plurality of memory cells, wherein the erase controller selectively selects only memory cells connected to one or more word lines of the plurality of word lines. Post program.
실시 예로서, 상기 소거 제어기는 상기 복수의 워드 라인 중에서 상부 워드 라인에 연결된 메모리 셀만을 포스트 프로그램한다. 상기 상부 워드 라인에는 동일한 레벨의 포스트 프로그램 전압이 제공된다. 그러나 상기 상부 워드 라인에 다른 레벨의 포스트 프로그램 전압이 제공될 수도 있다. 상기 소거 제어기는 포스트 프로그램 전압을 한번에 상기 상부 워드 라인에 제공한다. 그러나 상기 소거 제어기는 포스트 프로그램 전압을 단계적으로 증가하면서 상기 상부 워드 라인에 제공할 수도 있다.In example embodiments, the erase controller post-programs only memory cells connected to an upper word line among the plurality of word lines. The upper word line is provided with the same level of post program voltage. However, other levels of post program voltage may be provided to the upper word line. The erase controller provides a post program voltage to the upper word line at one time. However, the erase controller may provide the upper word line in steps of increasing the post program voltage.
다른 실시 예로서, 상기 소거 제어기는 포스트 프로그램 전압이 제공되지 않는 비선택 워드 라인에 패스 전압을 제공한다. 상기 비선택 워드 라인에 제공되는 패스 전압은 동일한 레벨이다. 그러나 상기 비선택 워드 라인에 제공되는 패스 전압은 다른 레벨일 수도 있다.In another embodiment, the erase controller provides a pass voltage to an unselected word line for which no post program voltage is provided. The pass voltages provided to the unselected word lines are at the same level. However, the pass voltage provided to the unselected word lines may be at different levels.
또 다른 실시 예로서, 포스트 프로그램 동작 후에, 각각의 워드 라인마다 개별적으로 프로그램 검증 동작을 수행한다. 그러나 포스트 프로그램 동작 후에, 모든 워드 라인에 대해 프로그램 검증 동작을 동시에 수행할 수도 있다.In another embodiment, after the post program operation, the program verify operation is performed individually for each word line. However, after the post program operation, the program verify operation may be simultaneously performed for all word lines.
본 발명은 낸드 플래시 메모리의 소거 방법에 관한 것이다. 상기 낸드 플래시 메모리는 복수의 워드 라인; 및 각각의 워드 라인에 연결되는 복수의 메모리 셀을 포함한다. 상기 낸드 플래시 메모리의 소거 방법은 상기 복수의 메모리 셀을 소거하는 단계; 및 상기 복수의 메모리 셀을 포스트 프로그램하는 단계를 포함하되, 상기 포스트 프로그램 단계에서는 상기 복수의 워드 라인 중에서 하나 또는 그 이상의 워드 라인에 연결된 메모리 셀만을 선택적으로 포스트 프로그램한다.The present invention relates to a method of erasing a NAND flash memory. The NAND flash memory includes a plurality of word lines; And a plurality of memory cells connected to each word line. The erase method of the NAND flash memory may include erasing the plurality of memory cells; And post-programming the plurality of memory cells, wherein the post-programming step selectively post-programs only memory cells connected to one or more word lines of the plurality of word lines.
실시 예로서, 상기 복수의 워드 라인 중에서 상부 워드 라인에 연결된 메모리 셀만을 포스트 프로그램한다. 상기 상부 워드 라인에는 동일한 레벨의 포스트 프로그램 전압이 제공된다. 그러나 상기 상부 워드 라인에 다른 레벨의 포스트 프로그램 전압이 제공될 수도 있다. 포스트 프로그램 전압은 한번에 상기 상부 워드 라인에 제공된다. 그러나 포스트 프로그램 전압이 단계적으로 증가하면서 상기 상부 워드 라인에 제공될 수도 있다.In an embodiment, only a memory cell connected to an upper word line is post-programmed among the plurality of word lines. The upper word line is provided with the same level of post program voltage. However, other levels of post program voltage may be provided to the upper word line. Post program voltage is provided to the upper word line at one time. However, the post program voltage may be provided to the upper word line in increments.
다른 실시 예로서, 포스트 프로그램 전압이 제공되지 않는 비선택 워드 라인에 패스 전압이 제공된다. 상기 비선택 워드 라인에 제공되는 패스 전압은 동일한 레벨이다. 그러나 상기 비선택 워드 라인에 제공되는 패스 전압은 다른 레벨일 수도 있다.In another embodiment, a pass voltage is provided to an unselected word line where no post program voltage is provided. The pass voltages provided to the unselected word lines are at the same level. However, the pass voltage provided to the unselected word lines may be at different levels.
또 다른 실시 예로서, 포스트 프로그램 동작 후에, 각각의 워드 라인마다 개별적으로 프로그램 검증 동작을 수행한다. 그러나 포스트 프로그램 동작 후에, 모든 워드 라인에 대해 프로그램 검증 동작을 동시에 수행할 수도 있다.In another embodiment, after the post program operation, the program verify operation is performed individually for each word line. However, after the post program operation, the program verify operation may be simultaneously performed for all word lines.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .
도 8은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리를 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 낸드 플래시 메모리(100)는 메모리 셀 어레이(110), 디코더(120), 페이 지 버퍼(130), 그리고 소거 제어기(140)를 포함한다. 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리(100)는 소거 동작 후에 포스트 프로그램을 수행함으로, 메모리 셀의 과소거(over erase)를 방지한다.8 is a block diagram illustrating a NAND flash memory according to the present invention. Referring to FIG. 8, the
메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 블록(도시되지 않음)으로 구성된다. 각각의 메모리 블록은 복수의 페이지(예를 들면, 32 pages, 64 pages)로 구성되며, 각각의 페이지는 하나의 워드 라인(WL)을 공유하는 복수의 메모리 셀(예를 들면, 512Byte, 2K Byte)로 구성된다. 낸드 플래시 메모리의 경우에, 소거 동작은 메모리 블록 단위로 수행되며, 읽기 및 쓰기 동작은 페이지 단위로 수행된다. The
디코더(120)는 스트링 선택 라인(SSL), 워드 라인(WL), 접지 선택 라인(GSL)을 통해 메모리 셀 어레이(110)와 연결된다. 디코더(120)는 소거 제어기(140)에 의해 제어된다. 디코더(120)는 프로그램 동작 시에 메모리 컨트롤러(도시되지 않음)로부터 어드레스(ADDR)를 입력받고, 하나의 워드 라인(예를 들면, WL28)을 선택하고, 선택된 워드 라인으로 프로그램 전압(Vpgm)을 제공한다.The
페이지 버퍼(130)는 비트 라인(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(110)와 연결된다. 페이지 버퍼(130)는 버퍼 메모리(도시되지 않음)로부터 로드(load)된 데이터를 저장한다. 페이지 버퍼(130)에는 한 페이지 분량의 데이터가 로드되며, 로드된 데이터는 프로그램 동작 시에 선택된 페이지에 동시에 프로그램된다. The
소거 제어기(140)는 메모리 컨트롤러(도시되지 않음)로부터 제어 신호(CTRL)를 입력받고, 낸드 플래시 메모리(100)의 내부 동작을 제어한다. 소거 제어기(140)는 소거 동작 시에, 포스트 프로그램 전압(Vpgm), 패스 전압(Vpass), 프로그램 검 증 전압(Vvfy), 그리고 소거 전압(Verase)을 발생한다.The erase
본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리(100)는 소거 동작 후에, 포스트 프로그램 동작(post program)을 수행함으로 메모리 셀의 과소거(over erase)를 방지한다. min-max 방식에 따라 프로그램 동작을 수행하는 낸드 플래시 메모리(100)는 스트링 선택 라인(SSL)에 가까울수록 프로그램 디스터번스 현상이 심해진다. 모든 워드 라인에 연결된 메모리 셀이 동시에 포스트 프로그램되면, 각각의 워드 라인에 연결된 메모리 셀의 문턱 전압을 제어하기 어렵게 된다. 따라서 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리(100)는 상부 워드 라인(upper WLs)에 연결된 메모리 셀만을 선택적으로 포스트 프로그램을 수행한다. The
여기에서, 상부 워드 라인(Upper WLs)은 모든 워드 라인 중에서 스트링 선택 라인(SSL) 쪽에 있는 일부의 워드 라인을 의미한다. 반대로, 하부 워드 라인(lower WLs)은 접지 선택 라인(GSL) 쪽에 있는 일부의 워드 라인을 의미한다. 예를 들면, 워드 라인이 WL0~WL31이라고 가정하자. 상부 워드 라인은 WL25~WL30이고, 하부 워드 라인은 WL0~WL24이다.Here, the upper word lines Upper WLs mean some of the word lines on the string select line SSL side of all the word lines. On the contrary, the lower word lines WLs mean some word lines on the ground select line GSL side. For example, suppose the word lines are WL0 to WL31. Upper word lines are WL25 to WL30, and lower word lines are WL0 to WL24.
하부 워드 라인에 연결된 메모리 셀이 모두 00 상태로 프로그램되어 있더라도, 선택 메모리 셀(도 5 참조, C 셀)은 상대적으로 전하 공유(charge sharing) 효과를 적게 받는다. 따라서 프로그램 금지 셀(C 셀)이 프로그램 디스터번스 영향으로 프로그램되지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리(100)는 소거 동작 다음에 수행되는 포스트 프로그램 동작 시에, 상부 워드 라인(upper WLs)에 연결된 메모리 셀만을 포스트 프로그램한다.Even though the memory cells connected to the lower word line are all programmed to be in a 00 state, the selected memory cell (see FIG. 5, C cell) has a relatively low charge sharing effect. Therefore, the program inhibit cell (C cell) is not programmed due to the program disturbance effect. Therefore, the
도 9는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 1 바이어스 조건을 보여준다. 여기에서, 포스트 프로그램 동작은 소거 동작 다음에 수행된다. 이하에서, 상부 워드 라인은 WL25~WL30이라고 가정한다. 9 illustrates a first bias condition during a post program operation of a NAND flash memory according to the present invention. Here, the post program operation is performed after the erase operation. In the following, it is assumed that the upper word line is WL25 to WL30.
도 9를 참조하면, 포스트 프로그램 동작 시에, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에는 프로그램 전압(Vpgm)이 제공되고, 나머지 워드 라인(WL0~WL24, WL31)에는 패스 전압(Vpass)이 제공된다. 여기에서, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에 제공되는 프로그램 전압(Vpgm)은 동일한 전압 레벨을 갖는다. 그리고 나머지 워드 라인(WL0~WL24, WL31)에 제공되는 패스 전압(Vpass)은 동일한 전압 레벨을 갖는다.9, a program voltage Vpgm is provided to the upper word lines WL25 to WL30 and a pass voltage Vpass is provided to the remaining word lines WL0 to WL24 and WL31 during a post program operation. Here, the program voltage Vpgm provided to the upper word lines WL25 to WL30 has the same voltage level. The pass voltages Vpass provided to the remaining word lines WL0 to WL24 and WL31 have the same voltage level.
도 9에서, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에만 프로그램 전압을 제공하는 이유는, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에 연결된 프로그램 금지 셀이 전하 공유(charge sharing)에 의한 프로그램 디스터번스 영향을 심하게 받기 때문이다. 나머지 워드 라인(WL0~WL24, WL31)에 연결된 프로그램 금지 셀은 프로그램 디스터번스 영향을 상대적으로 적게 받는다.In FIG. 9, the reason why the program voltage is provided only to the upper word lines WL25 to WL30 is that the program inhibiting cell connected to the upper word lines WL25 to WL30 is severely affected by the program disturbance due to charge sharing. to be. Program inhibit cells connected to the remaining word lines WL0 to WL24 and WL31 are relatively less affected by program disturbance.
도 10은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 2 바이어스 조건을 보여준다. 도 10을 참조하면, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에 제공되는 프로그램 전압(Vpgm)은 다른 전압 레벨(Vpgm1~Vpgmi)을 갖는다. 그리고 나머지 워드 라인(WL0~WL24, WL31)에 제공되는 패스 전압(Vpass)은 동일한 전압 레벨을 갖는다.10 illustrates a second bias condition during a post program operation of the NAND flash memory according to the present invention. Referring to FIG. 10, the program voltages Vpgm provided to the upper word lines WL25 to WL30 have different voltage levels Vpgm1 to Vpgmi. The pass voltages Vpass provided to the remaining word lines WL0 to WL24 and WL31 have the same voltage level.
도 10에 도시된 낸드 플래시 메모리는 소거 동작 후의 포스트 프로그램 동작 시에, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에 프로그램 전압(Vpgm)을 제공한다. 프로그램 전 압(Vpgm)은 다른 전압 레벨을 갖는다. 도 10에 도시된 낸드 플래시 메모리에 의하면, 프로그램 디스터번스 영향을 각각의 워드 라인에 맞게 제어할 수 있다.The NAND flash memory illustrated in FIG. 10 provides a program voltage Vpgm to the upper word lines WL25 to WL30 during a post program operation after an erase operation. The program voltage Vpgm has different voltage levels. According to the NAND flash memory shown in FIG. 10, the influence of program disturbance can be controlled to match each word line.
도 11은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 3 바이어스 조건을 보여준다. 도 11을 참조하면, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에 제공되는 프로그램 전압(Vpgm)은 동일한 전압 레벨을 갖는다. 그리고 나머지 워드 라인(WL0~WL24, WL31)에 제공되는 패스 전압(Vpass)은 다른 전압 레벨(Vpass1~Vpassj)을 갖는다.11 illustrates a third bias condition during post program operation of the NAND flash memory according to the present invention. Referring to FIG. 11, the program voltages Vpgm provided to the upper word lines WL25 to WL30 have the same voltage level. The pass voltage Vpass provided to the remaining word lines WL0 to WL24 and WL31 has different voltage levels Vpass1 to Vpassj.
도 12는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 포스트 프로그램 동작 시의 제 4 바이어스 조건을 보여준다. 도 12를 참조하면, 상부 워드 라인(WL25~WL30)에 프로그램 전압(Vpgm)과 패스 전압(Vpass)이 교대로 제공된다. 그리고 나머지 워드 라인(WL0~WL24, WL31)에 제공되는 패스 전압(Vpass)은 동일한 전압 레벨을 갖는다. 여기에서, 나머지 워드 라인(WL0~WL24, WL31)에 제공되는 패스 전압(Vpass)이 다른 전압 레벨을 가질 수도 있다.12 illustrates a fourth bias condition during post program operation of a NAND flash memory according to the present invention. Referring to FIG. 12, the program voltage Vpgm and the pass voltage Vpass are alternately provided to the upper word lines WL25 to WL30. The pass voltages Vpass provided to the remaining word lines WL0 to WL24 and WL31 have the same voltage level. Here, the pass voltage Vpass provided to the remaining word lines WL0 to WL24 and WL31 may have different voltage levels.
도 13은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 동작의 제 1 실시 예를 보여주는 순서도이다. 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 방법에 의하면, 낸드 플래시 메모리는 모든 메모리 셀에 대해 소거 및 소거 검증 동작을 수행한 다음에(S110), 상부 워드 라인(upper WLs)에 연결된 메모리 셀을 포스트 프로그램한다(S120). 13 is a flowchart illustrating a first embodiment of an erase operation of a NAND flash memory according to the present invention. According to the erase method of the NAND flash memory according to the first embodiment of the present invention, the NAND flash memory is connected to the upper word lines (upper WLs) after performing erase and erase verification operations on all memory cells (S110). Post-program the memory cell (S120).
도 14는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 동작의 제 2 실시 예를 보여주는 순서도이다. 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 방법에 의하면, 먼저 모든 메모리 셀에 대해 소거 및 소거 검증 동작을 수행한다(S210). 그 다음에, 낸드 플래시 메모리는 상부 워드 라인(upper WLs)을 포스트 프로그램한다(S220). 마지막으로, 낸드 플래시 메모리는 각각의 상부 워드 라인에 대해 독립적으로 프로그램 검증 동작을 수행한다(S230). 14 is a flowchart illustrating a second embodiment of an erase operation of a NAND flash memory according to the present invention. According to the erase method of the NAND flash memory according to the second embodiment of the present invention, first, erase and erase verification operations are performed on all memory cells (S210). Next, the NAND flash memory post-programs the upper word lines upper WLs (S220). Finally, the NAND flash memory independently performs a program verify operation on each upper word line (S230).
도 15는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 동작의 제 3 실시 예를 보여주는 순서도이다. 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 낸드 플래시 메모리의 소거 방법에 의하면, 먼저 모든 메모리 셀에 대해 소거 및 소거 검증 동작을 수행한다(S310). 그 다음에, 낸드 플래시 메모리는 상부 워드 라인(upper WLs)을 포스트 프로그램한다(S320). 마지막으로, 낸드 플래시 메모리는 모든 상부 워드 라인에 연결된 메모리 셀에 대해 동시에 프로그램 검증 동작을 수행한다(S330). 15 is a flowchart illustrating a third embodiment of an erase operation of a NAND flash memory according to the present invention. According to the erase method of the NAND flash memory according to the third embodiment of the present invention, first, erase and erase verification operations are performed on all memory cells (S310). Next, the NAND flash memory post-programs the upper word lines upper WLs (S320). Finally, the NAND flash memory simultaneously performs a program verify operation on memory cells connected to all upper word lines (S330).
본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리는 과소거 방지를 위해, 소거 동작 후에 포스트 프로그램 동작을 수행한다. 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리는 프로그램 디스터번스 영향을 고려하여, 일부 워드 라인에 연결된 메모리 셀에 대해서만 포스트 프로그램 동작을 수행한다.The NAND flash memory according to the present invention performs a post program operation after an erase operation in order to prevent over erasure. The NAND flash memory according to the present invention performs a post program operation only on memory cells connected to some word lines in consideration of program disturbance effects.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the following claims.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리 장치는 소거 동작 후에, 일부 워드 라인에 연결된 메모리 셀에 대해 선택적으로 포스트 프로그램 동작을 행한다. 본 발명에 의하면, 이미 소거되어 있는 메모리 셀이 중복하여 소거됨으로 프로그램 금지 셀이 프로그램되는 현상을 방지할 수 있다.As described above, the NAND flash memory device according to the present invention selectively performs a post program operation on memory cells connected to some word lines after an erase operation. According to the present invention, a phenomenon in which a program inhibiting cell is programmed can be prevented because memory cells that are already erased are erased in duplicate.
Claims (22)
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