KR100894097B1 - Method of programming NAND flash memory device using self-boosting - Google Patents
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Abstract
본 발명의 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법은, 비트라인과 셀소스라인 사이에서 소스 선택 트랜지스터, 복수의 메모리셀들 및 드레인 선택 트랜지스터가 직렬로 연결되어 단위 셀 스트링을 구성하며, 단위 셀 스트링이 복수개 배치되어 하나의 블럭을 구성하는 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 관한 것으로서, 셀소스라인 및 소스 선택 트랜지스터의 게이트에 연결되는 소스선택라인에 전원전압보다 낮은 제1 전압을 인가하고, 드레인 선택 트랜지스터의 게이트에 연결되는 드레인선택라인에 전원전압을 인가하고, 선택된 비트라인에 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 인가하며, 그리고 선택되지 않은 비트라인에 전원전압을 인가한 상태에서, 선택된 워드라인에 프로그램 전압을 인가하여 프로그램을 수행한다.
셀프 부스팅, 로컬 셀프 부스팅, 프로그램 디스터브, 밴드간 터널링, 브레이크다운, 핫 일렉트론
In the method of programming a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention, a source select transistor, a plurality of memory cells, and a drain select transistor are connected in series between a bit line and a cell source line to form a unit cell string, and a plurality of unit cell strings are provided. A method of programming a NAND flash memory device arranged in one block, the method comprising: applying a first voltage lower than a power supply voltage to a cell source line and a source select line connected to a gate of a source select transistor; Applying a power supply voltage to the drain select line connected to the gate, applying a second voltage lower than the first voltage to the selected bit line, and applying a power supply voltage to the unselected bit line, program the selected word line. Run the program by applying voltage.
Self Boosting, Local Self Boosting, Program Disturbance, Inter-Band Tunneling, Breakdown, Hot Electron
Description
도 1은 일반적인 낸드 플래시 메모리소자의 셀 어레이를 나타내 보인 도면이다.1 is a diagram illustrating a cell array of a general NAND flash memory device.
도 2는 도 1의 선 A-A'를 따라 절단하여 나타내 보인 셀 스트링의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the cell string cut along the line A-A 'of FIG. 1.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of programming a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a method of programming a NAND flash memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 적용되는 바이어스를 정리하여 나타내 보인 표이다.6 is a table showing biases applied to the programming method of the NAND flash memory device according to the present invention.
본 발명은 낸드 플래시 메모리소자의 동작 방법에 관한 것으로서, 특히 셀프-부스팅(self-boosting)을 이용한 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of operating a NAND flash memory device, and more particularly, to a method of programming a NAND flash memory device using self-boosting.
플래시 메모리소자는 불휘발성 메모리소자가 채용되는 여러 전자 응용분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 일반적으로 플래시 메모리소자는 하나의 트랜지스터 셀을 사용하며, 이는 높은 메모리 밀도, 높은 신뢰성 및 저 전력 소모를 제공한다. 일반적으로 플래시 메모리소자는, 휴대용 컴퓨터, 개인 디지털 어시스턴트(PDA), 디지털 카메라 및 휴대용 전화 등에 이용되고 있다. 이 외에도 프로그램 코드, 기본 입/출력 시스템(BIOS)와 같은 시스템 데이터, 그리고 그 밖의 펌웨어도 플래시 메모리소자 내에 저장될 수 있다. 플래시 메모리소자 중에서 특히 낸드(NAND) 플래시 메모리소자는 비교적 낮은 비용으로도 높은 메모리 밀도를 얻을 수 있다는 점에서 최근 그 사용범위가 점점 더 넓어지고 있는 추세이다.Flash memory devices are widely used in many electronic applications in which nonvolatile memory devices are employed. Generally, flash memory devices use one transistor cell, which provides high memory density, high reliability, and low power consumption. Generally, flash memory devices are used in portable computers, personal digital assistants (PDAs), digital cameras, portable telephones, and the like. In addition, program code, system data such as basic input / output systems (BIOS), and other firmware may also be stored in flash memory devices. Among flash memory devices, especially NAND flash memory devices have been recently used in a wider range in that high memory density can be obtained at relatively low cost.
일반적으로 낸드 플래시 메모리소자는 셀 어레이들을 포함한다. 각각의 셀 어레이는 복수개의 셀 스트링들을 포함한다. 일 예로서 도 1에 3개의 셀 스트링들(110, 120, 130)이 도시되어 있다. 각각의 셀 스트링은 2개의 선택 트랜지스터들과 4개의 셀 트랜지스터들을 포함한다. 예컨대 셀 스트링(110)은 2개의 선택 트랜지스터들(111, 116)과 4개의 셀 트랜지스터들(112, 113, 114, 115)을 포함한다. 셀 스트링(120)은 2개의 선택 트랜지스터들(121, 126)과 4개의 셀 트랜지스터들(122, 123, 124, 125)을 포함한다. 비록 예시적으로 4개의 셀 트랜지스터들을 나타내었지만, 실제로는 16개 또는 32개의 셀 트랜지스터들이 직렬로 연결될 수 있으며, 그 이상이 직렬로 연결될 수도 있다. 각각의 셀 스트링은 각각의 선택 트랜지스터(111, 121)에 의해 대응되는 비트라인에 연결되며, 각각의 선택 트랜지스 터(111,121)는 드레인선택라인(DSL)에 의해 제어된다. 또한 각각의 셀 스트링은 각각의 선택 트랜지스터(116, 126)에 의해 셀소스라인(CSL)에 연결된다. 소스선택라인(SSL)은 선택 트랜지스터(116, 126)의 게이트를 제어하는데 사용된다. 워드라인(WL0)은 셀 트랜지스터들(115, 125)의 컨트롤게이트에 연결된다. 워드라인(WL1)은 셀 트랜지스터들(114, 124)의 컨트롤게이트에 연결된다. 워드라인(WL2)은 셀 트랜지스터들(113, 123)의 컨트롤게이트에 연결된다. 워드라인(WL3)은 셀 트랜지스터들(112, 122)의 컨트롤게이트에 연결된다.In general, NAND flash memory devices include cell arrays. Each cell array includes a plurality of cell strings. As an example, three
이와 같은 낸드 플래시 메모리소자에 있어서, 일 예로서 셀 스트링(110)의 셀 트랜지스터(113)를 프로그램하고자 하는 경우, 프로그램 전압을 셀 트랜지스터(113)의 워드라인(WL2)에 인가하고, 셀 스트링(110)의 채널영역은 접지시킨다. 채널영역을 접지시키기 위해서는 대응하는 비트라인(BL1)에 0V를 인가한다(접지시킨다). 그리고 선택트랜지스터(111)는 턴온시킨다. 그러면 채널영역의 전자들이 셀 트랜지스터(113)의 플로팅게이트에 주입된다. 전자들이 플로팅게이트에 축적됨에 따라, 플로팅게이트는 음으로 차지되어 문턱전압은 올라간다. 그런데 프로그램 전압이 인가되는 워드라인(WL2)은 다른 셀 스트링(120, 130)의 셀 트랜지스터들(123, 133)의 컨트롤게이트에도 연결된다. 따라서 이 셀 트랜지스터들(123, 133)도 원하지 않게 프로그램될 수도 있다. 이와 같이 선택된 워드라인상에 있는 선택되지 않는 셀이 원하지 않게 프로그램되는 것을 "프로그램 디스터브(program disturb)"라 한다.In such a NAND flash memory device, when the
이와 같은 프로그램 디스터브를 억제하기 위해 여러 가지 방법들이 제안되었 는데, 그 중 하나가 셀프-부스팅(self boosting)으로 알려져 있는 방법이다. 일 예로서, 셀 스트링(110)의 셀 트랜지스터(113)를 프로그램하는 경우, 선택된 비트라인(BL1)에는 0V를 인가하지만, 선택되지 않은 비트라인(BL2)에는 전원전압(Vcc)을 인가한다. 전원전압(Vcc)은 드레인선택라인(DSL)에도 인가되어 선택 트랜지스터들(111, 121)을 턴 온 시킨다. 반면에 소스선택라인(SSL)에는 0V를 인가하여 선택 트랜지스터들(116, 126)은 턴 오프 시킨다. 셀 트랜지스터들(122, 123, 124, 125)이 소거된 상태인 것으로 가정하면, 셀 스트링(120) 내의 채널은 전원전압(Vcc)과 선택 트랜지스터(121)의 문턱전압의 차이만큼 프리차지(pre-charge)된다. 셀 스트링(120) 내의 채널 포텐셜이 충분히 높은 값이 되면, 선택 트랜지스터(121)는 턴 오프 되고, 셀 트랜지스터들(122, 123, 124, 125)의 채널은 플로팅(floating) 상태로 된다. 이 상태에서 프로그램 전압, 예컨대 대략 18V의 전압을 워드라인(WL2)에 인가하고, 패스 전압, 예컨대 대략 10V의 전압을 나머지 워드라인들(WL0, WL1, WL3)에 인가하면, 정전용량적인 커플링에 의해 셀 트랜지스터들(122, 123, 124, 125)의 채널 포텐셜은 부스트(boost)되어 증가한다. 증가하는 정도는 커플링 비에 의해 결정된다. 이와 같이 증가된 채널 포텐셜에 의해, 프로그램 전압이나 패스 전압이 인가되더라도, 채널과의 포텐셜 차이가 적어지며, 따라서 프로그램 디스터브는 충분히 억제된다.Various methods have been proposed to suppress such program disturb, one of which is known as self boosting. For example, when programming the
도 1에서 선 A-A'를 따라 절단하여 나타내 보인 셀 스트링(120)의 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, N+ 불순물영역(200)은 선택트랜지스터(126)의 드레인으로 사용되는 동시에 인접한 셀 트랜지스터(125)의 소스영역으로 도 사용된다. 셀 스트링(110)의 셀 트랜지스터(111, 112 또는 113)를 위에서 설명한 셀프 부스팅 방법을 이용하여 프로그램하는 경우, 선택 트랜지스터(126)의 게이트에는 0V가 인가되고, 인접한 셀 트랜지스터(125)의 컨트롤게이트에는 중간 패스전압이 인가된다. 따라서 셀 트랜지스터(125)의 채널은 부스팅되는데, 셀 트랜지스터(125)의 부스팅된 채널 전압은, 밴드간의 터널링(band-to-band tunneling)에 의해 선택 트랜지스터(126)의 드레인영역(200)에서 브레이크다운을 야기한다. 이 브레이크다운은 셀 트랜지스터(125) 및 동일한 셀 스트링(120)의 다른 셀 트랜지스터(122, 123, 124)의 부스트된 채널영역에서 디스차지(discharge)를 야기하여 채널 포텐셜을 감소시키고, 이에 따라 셀프 부스팅의 효과가 감소되어 프로그램 디스터브가 발생할 가능성이 높아진다. 이 외에도 상기 브레이크다운에 의해 만들어진 일렉트론들이 셀 트랜지스터(125)의 부스트된 채널영역을 향해 가속되어 핫 일렉트론이 되고, 이 핫 일렉트론이 셀 트랜지스터(125)의 플로팅게이트에 주입되어 셀 트랜지스터(125)의 문턱전압을 변동시킬 수도 있다. 이와 같은 문제들은 선택 트랜지스터(126)와 워드라인(WL0) 사이의 간격을 넓히는 방법으로 억제할 수 있지만, 이는 소자의 집적도 증가 추세와는 상반된 것이며, 특히 최근 사용이 증가되는 멀티레벨셀의 경우 보다 높은 프로그램 전압의 채용으로 프로그램 디스터브의 발생가능성은 더욱 더 높아지고 있다.A cross-sectional view of the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 셀프 부스팅을 사용한 프로그램시 선택 트랜지스터에 인접한 셀 트랜지스터의 특성열화가 발생되지 않도록 하는 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of programming a NAND flash memory device such that characteristic degradation of a cell transistor adjacent to a selection transistor does not occur during programming using self-boosting.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법은, 비트라인과 셀소스라인 사이에서 소스 선택 트랜지스터, 복수의 메모리셀들 및 드레인 선택 트랜지스터가 직렬로 연결되어 단위 셀 스트링을 구성하며, 상기 단위 셀 스트링이 복수개 배치되어 하나의 블럭을 구성하는 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 있어서, 상기 셀소스라인 및 상기 소스 선택 트랜지스터의 게이트에 연결되는 소스선택라인에 전원전압보다 낮은 제1 전압을 인가하고, 상기 드레인 선택 트랜지스터의 게이트에 연결되는 드레인선택라인에 전원전압을 인가하고, 선택된 비트라인에 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 인가하며, 그리고 선택되지 않은 비트라인에 상기 전원전압을 인가한 상태에서, 선택된 워드라인에 프로그램 전압을 인가하여 프로그램을 수행한다.In order to achieve the above technical problem, a program method of a NAND flash memory device according to the present invention includes a unit cell string in which a source select transistor, a plurality of memory cells and a drain select transistor are connected in series between a bit line and a cell source line. A method of programming a NAND flash memory device in which a plurality of unit cell strings are arranged to form a block, the method comprising: lowering a power supply voltage to a source line of the cell source line and a source select line connected to a gate of the source select transistor Apply a first voltage, apply a power supply voltage to the drain select line connected to the gate of the drain select transistor, apply a second voltage lower than the first voltage to the selected bit line, and apply to the unselected bit line. With the power supply voltage applied, the selected word line Applying a voltage to the ram performs a program.
상기 제1 전압은 상기 전원전압의 0.6배일 수 있다.The first voltage may be 0.6 times the power supply voltage.
상기 제2 전압은 상기 전원전압의 0.5배일 수 있다.The second voltage may be 0.5 times the power supply voltage.
선택되지 않은 워드라인에는 패스전압을 인가할 수 있다.The pass voltage may be applied to the unselected word lines.
상기 선택되지 않은 워드라인 중에서 상기 선택된 워드라인에 인접한 두 워드라인들 중 적어도 어느 한 워드라인에는 읽기전압을 인가하고, 나머지 워드라인들에는 상기 읽기전압보다 크고 상기 프로그램 전압보다 작은 패스전압을 인가할 수 있다.Among the unselected word lines, a read voltage is applied to at least one of the two word lines adjacent to the selected word line, and a pass voltage greater than the read voltage and smaller than the program voltage is applied to the remaining word lines. Can be.
상기 소스 선택 트랜지스터에 가장 인접한 셀 트랜지스터가 공유하는 워드라 인에 전원전압을 인가할 수 있다.A power supply voltage may be applied to a word line shared by the cell transistors closest to the source selection transistor.
상기 전원전압은 3V이고, 상기 제1 전압은 1.8V이며, 상기 제2 전압은 1.5V일 수 있다.The power supply voltage may be 3V, the first voltage may be 1.8V, and the second voltage may be 1.5V.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다. 구체적으로 도 3은 프로그램하고자 하는 메모리셀(이하 선택 셀 트랜지스터)이 포함된 셀 스트링의 단면구조를 나타내고, 도 4는 선택 셀 트랜지스터와 워드라인을 공유하는 비선택 셀 트랜지스터가 포함된 셀 스트링의 단면구조를 나타낸다. 도 1의 셀 스트링(110) 내의 셀 트랜지스터를 프로그램하는 경우, 도 3에 나타낸 셀 스트링은 도 1의 셀 스트링(110)이 되고 도 4에 나타낸 셀 스트링은 도 1의 셀 스트링(120)이 된다.3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of programming a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 illustrates a cross-sectional structure of a cell string including a memory cell (hereinafter, referred to as a selected cell transistor) to be programmed, and FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of a cell string including an unselected cell transistor sharing a word line with the selected cell transistor. The structure is shown. When programming a cell transistor in the
먼저 도 3을 참조하면, 가장 먼저 선택 트랜지스터(316)에 가장 인접한 셀 트랜지스터(315)에 대한 프로그램을 수행한다. 구체적으로 셀소스라인(CSL)에 전원전압(Vcc)의 대략 0.6배에 해당하는 전압을 인가한다. 전원전압(Vcc)이 3V일 때 셀소스라인(CSL)에는 1.8V가 인가된다. 셀소스라인(CSL)에 연결되는 선택 트랜지스터(316)의 게이트에 연결되는 소스선택라인(SSL)에도 전원전압(Vcc)의 대략 0.6배에 해당하는 전압을 인가한다. 선택된 비트라인에 연결되는 선택 트랜지스터(311) 의 게이트에 연결되는 드레인선택라인(DSL)에는 전원전압(Vcc), 예컨대 3V를 인가한다. 그리고 비트라인, 즉 선택 트랜지스터(311)의 드레인에는 전원전압(Vcc)의 대략 0.5배에 해당하는 드레인전압(VD)을 인가한다. 전원전압(Vcc)이 3V인 경우 드레인전압(VD)은 대략 1.5V가 된다.First, referring to FIG. 3, a program for the
소스선택라인(SSL) 및 셀소스라인(CSL)에 1.8V가 인가되는 경우, 선택 트랜지스터(316)는, 소스선택라인(SSL)에 인가되는 1.8V에서 선택 트랜지스터(316)의 문턱전압, 예컨대 0.7V만큼 작은 전압인 1.1V 정도만 전달할 수 있다. 그런데 비트라인에 인가되는 드레인전압(VD)이 1.5V가 되므로 선택 트랜지스터(316)는 턴 오프된다. 그리고 셀 트랜지스터들(312, 313, 314, 315)의 채널에는 1.5V의 포텐셜이 유지된다. 이와 같은 조건하에서 선택 셀 트랜지스터(315)의 워드라인(WL0)에는 프로그램전압(VPGM), 예컨대 18V를 인가하고, 나머지 셀 트랜지스터들(314, 313, 312)의 워드라인(WL1, WL2, WL3)에는 중간 크기의 패스전압(VPASS), 예컨대 10V를 인가한다. 그러면 프로그램전압(VPGM)과 채널 포텐셜 차이에 의해 셀 트랜지스터(315)의 채널에 있는 일렉트론들이 셀 트랜지스터(315)의 플로팅게이트(FG0)에 주입되고, 그 결과 셀 트랜지스터(315)의 문턱전압이 증가된다.When 1.8V is applied to the source select line SSL and the cell source line CSL, the
다음에 도 4를 참조하면, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 프로그램 과정을 수행하는 동안, 셀소스라인(CSL), 소스선택라인(SSL) 및 드레인선택라인(DSL)은 선택된 셀 스트링(310)과 공유하므로 선택된 셀 스트링(310)과 동일한 조건의 바이 어스가 가해진다. 구체적으로 선택되지 않은 셀 스트링(320)의 셀소스라인(CSL)에도 전원전압(Vcc)의 대략 0.6배에 해당하는 전압이 인가된다. 예컨대 전원전압(Vcc)이 3V일 때 셀소스라인(CSL)에는 1.8V가 인가된다. 마찬가지로 선택되지 않은 셀 스트링(320)의 소스선택라인(SSL)에도 전원전압(Vcc)의 대략 0.6배에 해당하는 전압이 인가된다. 또한 선택되지 않은 셀 스트링(320)의 드레인선택라인(DSL)에도 전원전압(Vcc), 예컨대 3V가 인가된다. 반면에 선택되지 않은 셀 스트링(320)의 비트라인, 즉 선택 트랜지스터(321)의 드레인에는, 선택된 셀 스트링(310)의 비트라인과는 다르게, 전원전압(Vcc), 예컨대 대략 3V를 인가한다.Next, referring to FIG. 4, while performing the program process described with reference to FIG. 3, the cell source line CSL, the source select line SSL, and the drain select line DSL are selected cell strings 310. And a bias of the same condition as that of the selected
선택되지 않은 비트라인과 선택 트랜지스터(321)의 드레인선택라인(DSL)에 3V가 인가됨에 따라, 셀 트랜지스터들(322, 323, 324, 325)의 채널영역은 3V에서 선택 트랜지스터(321)의 문턱전압값, 예컨대 대략 0.7V를 뺀 크기인 2.3V의 바이어스로 프리차지된다. 이 과정에서 채널영역이 셀소스라인(CSL)에 인가된 1.8V에서 선택 트랜지스터(326)의 문턱전압값, 예컨대 대략 0.7V를 뺀 크기인 1.1V의 크기로 프리차지될 때 선택 트랜지스터(326)는 턴 오프 된다. 그리고 계속해서 채널영역이 2.3V로 프리차지됨에 따라 선택 트랜지스터(321)도 또한 턴 오프되어, 채널영역은 플로팅 상태가 된다. 이 상태에서 선택된 워드라인(WL0)에는 프로그램 전압(VPGM), 예컨대 18V를 인가하고, 나머지 워드라인(WL1, WL2, WL3)에는 중간 크기의 패스전압(VPASS), 예컨대 10V를 인가한다. 그러면 셀 트랜지스터들(322, 323, 324, 325)의 채널영역은 정전용량적인 커플링에 의해 일정 크기, 예컨대 8V로 부스팅된다. 이에 따라 셀 트랜지스터(325)의 컨트롤 게이트에 18V와 같은 높은 전압이 인가되더라도, 그 전압과 채널 포텐셜의 차이에 해당하는 포텐셜은 일렉트론 터널링을 발생시킬 정도로 충분치 않게 되고, 따라서 프로그램 디스터브가 방지된다.As 3V is applied to the unselected bit line and the drain select line DSL of the
특히 이와 같은 셀 트랜지스터(315)에 대한 프로그램을 수행하는 과정에서, 소스선택라인(SSL) 및 셀소스라인(CSL)에 모두 1.8V의 전압이 인가되므로, 기존의 0V를 인가하는 경우에 비하여 동일한 워드라인(WL0)을 공유하는 셀 트랜지스터(325)에 인가되는 프로그램전압(VPGM)과의 편차가 줄어든다. 따라서 밴드간 터널링 현상이 억제되어 선택 트랜지스터(326)의 드레인영역에서의 브레이크다운 현상이 억제되며, 브레이크다운 현상이 억제됨에 따라 핫 일렉트론의 생성 또한 억제되어 인접한 셀 트랜지스터(325)의 문턱전압이 변동되는 현상이 발생하지 않는다.In particular, in the process of performing the program for the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이다. 본 실시예는 로컬 셀프 부스팅(Local Self Boosting)을 적용한 경우이다.5 is a cross-sectional view illustrating a method of programming a NAND flash memory device according to another exemplary embodiment of the present invention. This embodiment is a case where Local Self Boosting is applied.
도 5를 참조하면, 선택되지 않은 셀 스트링(320)의 셀 트랜지스터들(322, 323, 324)이 이미 프로그램되어 있는 상황인 경우, 프로그램된 셀 트랜지스터들(322, 323, 324)의 플로팅게이트에는 일렉트론들이 주입되어 있는 상태가 된다. 이와 같이 플로팅게이트에 주입된 네가티브 차지로 인하여, 채널에서의 프리차지가 완전하게 이루어지지 않는다. 따라서 셀 스트링(320)의 채널영역에서의 초기 포텐셜이 낮게 되고, 그 결과 채널영역에서의 셀프 부스팅이 효과적으로 발생되지 않아 서 프로그램 디스터브가 발생할 가능성이 증대된다.Referring to FIG. 5, when the
이와 같은 현상을 억제하기 위해 로컬 셀프 부스팅을 적용하는 방법이 제안된 바 있다. 즉 셀 트랜지스터(325)의 워드라인(WL0)에 프로그램 전압(VPGM), 예컨대 18V가 인가되는 경우, 인접한 셀 트랜지스터(324)의 워드라인(WL1)에는 읽기전압(VREAD), 예컨대 0V를 인가하고, 나머지 워드라인들(WL2, WL3)에는 패스전압(VPASS), 예컨대 10V를 인가한다. 0V가 인가된 셀 트랜지스터(324)는 턴 오프되며, 따라서 셀 트랜지스터(325)의 채널 포텐셜은 다른 셀 트랜지스터들(322, 323, 324)의 채널영역에서의 셀프 부스팅에 의해 영향을 받지 않거나, 거의 받지 않게 된다. 따라서 셀 트랜지스터(325)의 채널영역은 프로그램 전압(VPGM)에 의해 충분한 크기로 셀프 부스팅되며, 그 결과 프로그램 디스터브가 방지된다.In order to suppress this phenomenon, a method of applying local self-boosting has been proposed. That is, when the program voltage V PGM , for example, 18 V is applied to the word line WL0 of the
이와 같은 로컬 셀프 부스팅을 적용하는 경우에도, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 프로그램 과정을 수행하는 동안, 선택되지 않은 셀 스트링(320)의 비트라인, 즉 선택 트랜지스터(321)의 드레인에, 선택된 셀 스트링(310)의 비트라인과는 다르게, 전원전압(Vcc), 예컨대 대략 3V를 인가한다. 선택되지 않은 비트라인과 선택 트랜지스터(321)의 드레인선택라인(DSL)에 3V가 인가됨에 따라, 셀 트랜지스터들(322, 323, 324, 325)의 채널영역은 3V에서 선택 트랜지스터(321)의 문턱전압값, 예컨대 대략 0.7V를 뺀 크기인 2.3V의 바이어스로 프리차지된다. 이 과정에서 채널영역이 셀소스라인(CSL)에 인가된 1.8V에서 선택 트랜지스터(326)의 문턱전압값, 예컨대 대략 0.7V를 뺀 크기인 1.1V의 크기로 프리차지될 때 선택 트랜지스 터(326)는 턴 오프 된다. 그리고 계속해서 채널영역이 2.3V로 프리차지됨에 따라 선택 트랜지스터(321)도 또한 턴 오프되어, 채널영역은 플로팅 상태가 된다. 이 상태에서 선택된 워드라인(WL0)에는 프로그램 전압(VPGM), 예컨대 18V를 인가하고, 나머지 워드라인(WL1, WL2, WL3)에는 중간 크기의 패스전압(VPASS), 예컨대 10V를 인가한다. 그러면 셀 트랜지스터들(322, 323, 324, 325)의 채널영역은 정전용량적인 커플링에 의해 일정 크기, 예컨대 8V로 부스팅된다. 이에 따라 셀 트랜지스터(325)의 컨트롤 게이트에 18V와 같은 높은 전압이 인가되더라도, 그 전압과 채널 포텐셜의 차이에 해당하는 포텐셜은 일렉트론 터널링을 발생시킬 정도로 충분치 않게 되고, 따라서 프로그램 디스터브가 방지된다.Even when such a local self-boosting is applied, the selected cell is applied to the bit line of the
이 경우에도 이와 같은 셀 트랜지스터(315)에 대한 프로그램을 수행하는 과정에서, 소스선택라인(SSL) 및 셀소스라인(CSL)에 모두 1.8V의 전압이 인가되므로, 기존의 0V를 인가하는 경우에 비하여 동일한 워드라인(WL0)을 공유하는 셀 트랜지스터(325)에 인가되는 프로그램전압(VPGM)과의 편차가 줄어든다. 따라서 밴드간 터널링 현상이 억제되어 선택 트랜지스터(326)의 드레인영역에서의 브레이크다운 현상이 억제되며, 브레이크다운 현상이 억제됨에 따라 핫 일렉트론의 생성 또한 억제되어 인접한 셀 트랜지스터(325)의 문턱전압이 변동되는 현상이 발생하지 않는다. 또한 로컬 셀프 부스팅을 적용하기 위하여, 셀 트랜지스터(324)의 워드라인(WL1)에 인가되는 전압을 읽기전압, 예컨대 0V를 인가하는 경우 추가적인 바이어스 발생 회로가 필요하지만, 본 발명에서는 읽기전압, 예컨대 0V보다 높은 전압을 사용할 수 있으므로, 추가적인 바이어스 발생 회로의 사용이 불필요하다.In this case, since a voltage of 1.8V is applied to both the source selection line SSL and the cell source line CSL in the process of performing the program for the
도 6은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 적용되는 바이어스를 정리하여 나타내 보인 표이다.6 is a table showing biases applied to the programming method of the NAND flash memory device according to the present invention.
도 6을 참조하면, 먼저 "A"로 나타낸 부분은 셀프 부스팅을 이용한 경우이며, "B"로 나타낸 부분은 로컬 셀프 부스팅을 이용한 경우이다. 먼저 공통적으로 드레인선택라인(DSL)에는 전원전압(Vcc), 예컨대 3V를 인가한다. 선택된 비트라인에는 전원전압(Vcc)의 0.5배, 즉 1.5V를 인가한다. 선택되지 않은 비트라인에는 전원전압(Vcc), 예컨대 3V를 인가한다. 소스선택라인(SSL) 및 셀소스라인(CSL)에는 각각 전원전압(Vcc)의 0.6배, 예컨대 1.8V를 인가한다.Referring to FIG. 6, first, a portion indicated by "A" is used for self-boosting, and a portion denoted by "B" is used for local self-boosting. First, a power supply voltage Vcc, for example, 3V is commonly applied to the drain select line DSL. 0.5 times the supply voltage Vcc is applied to the selected bit line, that is, 1.5V. A power supply voltage Vcc, for example, 3V is applied to the unselected bit lines. 0.6 times, for example, 1.8V, of the power supply voltage Vcc is applied to the source selection line SSL and the cell source line CSL, respectively.
셀프 부스팅을 이용하는 경우(A), WL0 워드라인을 공유하는 셀 트랜지스터들 중 적어도 어느 한 셀 트랜지스터를 프로그램하기 위해서는, WL0 워드라인에 프로그램 전압(VPGM)을 인가하고, 나머지 WL1, WL2 및 WL3 워드라인들에는 패스전압(VPASS)을 인가한다. 그리고 WL1 워드라인을 공유하는 셀 트랜지스터들 중 적어도 어느 한 셀 트랜지스터를 프로그램하기 위해서는, WL1 워드라인에 프로그램 전압(VPGM)을 인가하고, 나머지 WL0, WL2 및 WL3 워드라인들에는 패스전압(VPASS)을 인가한다.In the case of using self-boosting (A), in order to program at least one of the cell transistors sharing the WL0 word line, a program voltage V PGM is applied to the WL0 word line, and the remaining WL1, WL2 and WL3 words are applied. The pass voltage V PASS is applied to the lines. In order to program at least one of the cell transistors sharing the WL1 word line, a program voltage V PGM is applied to the WL1 word line, and a pass voltage V PASS is applied to the remaining WL0, WL2, and WL3 word lines. ) Is applied.
로컬 셀프 부스팅을 이용하는 경우(B), WL1 워드라인을 공유하는 셀 트랜지스터들 중 적어도 어느 한 셀 트랜지스터를 프로그램하기 위해서는, WL1 워드라인에 프로그램 전압(VPGM)을 인가하고, WL0 워드라인에는 읽기전압(VREAD)을 인가하며, 그리고 나머지 WL2 및 WL3 워드라인들에는 패스전압(VPASS)을 인가한다. 경우에 따라서 WL2 워드라인에는 패스전압(VPASS) 대신에 읽기전압(VREAD)을 인가할 수도 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 셀소스라인(CSL)에 인접한 선택트랜지스터와 가장 가까운 셀 트랜지스터의 게이트, 즉 WL0 워드라인에 상대적으로 낮은 읽기전압(VREAD)을 인가함으로써, 선택 트랜지스터의 드레인영역에서의 브레이크다운 발생이 억제된다. WL2 워드라인을 공유하는 셀 트랜지스터들 중 적어도 어느 한 셀 트랜지스터를 프로그램하기 위해서는, WL2 워드라인에 프로그램 전압(VPGM)을 인가하고, WL1 워드라인에 읽기전압(VREAD)을 인가하며, 그리고 나머지 WL0 및 WL3 워드라인에는 패스전압(VPASS)을 인가한다. 경우에 따라서는 WL3 워드라인에도 읽기전압(VREAD)을 인가할 수 있다. 또한 어느 경우이던지, WL0 워드라인에는 패스전압(VPASS) 대신에 전원전압(Vcc)을 인가할 수도 있다.When using local self-boosting (B), in order to program at least one of the cell transistors sharing the WL1 word line, a program voltage V PGM is applied to the WL1 word line, and a read voltage is applied to the WL0 word line. (V READ ) is applied, and a pass voltage V PASS is applied to the remaining WL2 and WL3 word lines. In some cases, the read voltage V READ may be applied to the WL2 word line instead of the pass voltage V PASS . As mentioned above, a break in the drain region of the selection transistor is applied by applying a relatively low read voltage V READ to the gate of the cell transistor closest to the selection transistor adjacent to the cell source line CSL, that is, the word line WL0. Down occurrence is suppressed. To program at least one of the cell transistors sharing the WL2 word line, the program voltage V PGM is applied to the WL2 word line, the read voltage V READ is applied to the WL1 word line, and the rest of the cell transistors. The pass voltage V PASS is applied to the WL0 and WL3 word lines. In some cases, a read voltage V READ may be applied to the WL3 word line. In either case, the power source voltage Vcc may be applied to the word line WL0 instead of the pass voltage V PASS .
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 의하면, 소스선택라인 및 셀소스라인에 일정 크기의 바이어스를 인가하고, 선택된 비트라인 및 선택되지 않은 비트라인에 서로 다른 크기의 바이어스를 인가함으로써, 프로그램 디스터브를 효과적으로 억제하고 셀소스라인에 인접한 선택트랜지스터의 드레인영역에서의 브레이크다운 발생을 억제할 수 있다는 이점이 제공된다. 이 외에도 로컬 셀프 부스팅을 위한 추가적인 바이어스 발생 회로가 불 필요하며, 특히 높은 프로그램전압을 인가하는 멀티레벨셀 구조의 경우 더욱 더 효과적으로 프로그램 디스터브를 억제할 수 있다.As described so far, according to the program method of the NAND flash memory device according to the present invention, a bias of a predetermined magnitude is applied to the source selection line and the cell source line, and different sizes are applied to the selected bit line and the unselected bit line. Applying the bias provides the advantage of effectively suppressing program disturb and suppressing breakdown in the drain region of the select transistor adjacent to the cell source line. In addition, an additional bias generation circuit for local self-boosting is unnecessary, especially in the case of a multilevel cell structure applying a high program voltage, which can suppress program disturb more effectively.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.
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Citations (3)
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JPH10302488A (en) * | 1997-02-27 | 1998-11-13 | Toshiba Corp | Non-volatile semiconductor memory device |
KR20060070724A (en) * | 2004-12-21 | 2006-06-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for programming flash memory device |
KR20070099988A (en) * | 2006-04-06 | 2007-10-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Flash memory device for meauring a channel boosting voltage |
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2006
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Patent Citations (3)
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KR20070099988A (en) * | 2006-04-06 | 2007-10-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Flash memory device for meauring a channel boosting voltage |
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