KR20080022394A - Program method of a flash memory device having multi-level cell - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방법을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a program method of a conventional flash memory device.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 메모리 셀 어레이를 나타낸 도면이다.2 to 3 are diagrams illustrating a memory cell array of a flash memory device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방법을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a program method of a flash memory device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 메모리 셀 어레이 101, 102 : 메모리 셀 스트링100:
110 : 페이지 버퍼부 BLe, BLo : 비트라인110: page buffer section BLe, BLo: bit line
WL0~WLn : 워드라인 F0~Fn : 메모리 셀WL0 to WLn: Word line F0 to Fn: Memory cell
본 발명은 플래쉬 메모리의 프로그램 방법에 관한 것으로 특히, 멀티 레벨 셀을 갖는 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of programming a flash memory, and more particularly, to a method of programming a flash memory device having a multi-level cell.
반도체 메모리 소자는 전원공급 중단 시에 데이터의 보존 유무에 따라 휘발성 메모리(volatile memory)와 비휘발성 메모리(non-volatile memory) 소자로 구분된다. 이 중 비휘발성 메모리 소자는 전원의 공급이 중단되더라도 데이터를 지속적으로 유지시킬 수 있는 메모리로서, 최근에는 플래시 메모리가 각광받고 있다. 플래시 메모리 소자는 노아(NOR)형과 낸드(NAND)형으로 구분되는데, 노아 플래쉬 메모리는 메모리 셀들이 각각 독립적으로 비트라인과 워드라인에 연결되는 구조를 가지므로 랜덤 억세스(random access) 시간 특성이 우수하고, 낸드 플래쉬 메모리는 복수개의 메모리 셀들이 직렬로 연결되어 셀 스트링당 한 개의 콘택(cantact)막을 필요로 하므로 집적도면에서 우수한 특성을 갖는다. 따라서, 최근에는 플래쉬 메모리 소자의 고집적화에 따라 낸드 플래쉬 메모리가 각광받고 있다.Semiconductor memory devices are classified into volatile memory and non-volatile memory devices depending on whether data is preserved when a power supply is interrupted. Among them, nonvolatile memory devices are memory that can continuously maintain data even when power supply is interrupted. In recent years, flash memories have been in the spotlight. Flash memory devices are classified into NOR type and NAND type. Since NOR flash memory has a structure in which memory cells are independently connected to bit lines and word lines, random access time characteristics are reduced. The NAND flash memory has excellent characteristics in terms of integration since a plurality of memory cells are connected in series and require one contact film per cell string. Therefore, in recent years, NAND flash memories have been in the spotlight due to high integration of flash memory devices.
기존의 단일 비트 메모리 셀을 싱글 레벨 셀(single-level cell; SLC) 이라 한다면, 최근에는 멀티 레벨 셀(multi-level cell; MLC)에 대한 연구가 활발히 진행중에 있다. 이러한 멀티 레벨 셀은 소자의 집적도를 증대시키기 위해 하나의 메모리 셀에 복수개의 데이터를 저장하는 방식으로 구동된다. If a conventional single bit memory cell is referred to as a single-level cell (SLC), research on a multi-level cell (MLC) has recently been actively conducted. Such multi-level cells are driven by storing a plurality of data in one memory cell to increase the degree of integration of the device.
멀티 레벨 셀은 일반적으로 두 개 이상의 문턱전압을 가진다. 그리고, 이에 대응되는 두 개 이상의 데이터 저장 상태를 가진다. 최근의 멀티 레벨 셀은 통상 네 개의 데이터 저장 상태로 '11', '10', '00', '01'를 가진다. 상기 네 개의 데이터 상태는 문턱전압 분포로 정의된다. 즉, 멀티 레벨 셀의 문턱전압이 상기 정의된 네 가지의 문턱전압 전압분포들 중 어느 하나에 해당되면 그와 대응되는 2비트의 데이터가 메모리 셀에 저장된다. 멀티 레벨 설의 프로그램 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Multi-level cells typically have more than one threshold voltage. And, it has two or more data storage states corresponding thereto. Recent multi-level cells typically have four data storage states of '11', '10', '00' and '01'. The four data states are defined as threshold voltage distributions. That is, when the threshold voltage of the multi-level cell corresponds to any one of the four threshold voltage voltage distributions defined above, 2-bit data corresponding thereto is stored in the memory cell. The program operation of the multi-level setup will be described in detail as follows.
멀티 레벨 셀의 프로그램 동작은 F-N 터널링(fowler nordheim tunneling) 현상을 이용하여 선택된 메모리 셀들에 프로그램된다. 상기 선택된 셀들의 게이트들에 소정의 프로그램 전압이 각각 인가되도록 하고 상기 선택된 셀들의 채널들로는 접지전압(Vss) 또는 소정의 전압이 인가되도록 한다. 따라서, 프로그램되는 셀의 플로팅 게이트와 채널 사이에는 높은 전계가 형성된다. 상기 전계에 채널의 전자들이 선택된 셀의 플로팅 게이트에 축적됨으로써 프로그램이 이루어진다.The program operation of the multi-level cell is programmed in selected memory cells using F-N tunneling phenomenon. A predetermined program voltage is applied to the gates of the selected cells, respectively, and a ground voltage Vss or a predetermined voltage is applied to the channels of the selected cells. Thus, a high electric field is formed between the floating gate and the channel of the cell being programmed. The program is made by accumulating electrons of the channel in the electric field in the floating gate of the selected cell.
도 1은 종래의 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방법을 나타낸 도면이다. 멀티 레벨 셀 어레이는 적어도 2비트의 데이터 비트를 저장한다. 데이터 비트들은 상위 데이터 비트와 하위 데이터 비트로 구분된다. 이때, 상위 데이터 비트는 MSB, 하위 비트는 LSB로 정의된다. 상기 설명에서 네 개의 데이터 저장 상태인 '11', '10', '00', '01' 중 '10'을 예로 들면, '1'은 상위 데이터 비트에 해당하는 MSB이고, '0'은 하위 데이터 비트에 해당하는 LSB이다. 1 is a diagram illustrating a program method of a conventional flash memory device. The multi-level cell array stores at least two bits of data. The data bits are divided into upper data bits and lower data bits. In this case, the upper data bit is defined as MSB and the lower bit is defined as LSB. In the above description, for example, '10' out of four data storage states '11', '10', '00', and '01', '1' is an MSB corresponding to an upper data bit, and '0' is a lower level. LSB corresponding to the data bit.
따라서, '11'에서 LSB 프로그램되면 '10'이 된다. MSB 프로그램 동작은 LSB 프로그램 결과를 감지하고 그 결과에 따라 MSB 프로그램하게 된다. 만약, LSB로 '1'이 감지되었으면 데이터 저장 상태는 '11' 상태이고 여기에서 MSB 프로그램 동작하면 '01'이 된다. 또한, LSB로 '0'이 감지되었으면 데이터 저장 상태는 '10'이기 때문에 MSB 프로그램 동작하면 '00'이 된다. Therefore, when the LSB is programmed in '11', it becomes '10'. The MSB program operation detects the LSB program result and makes the MSB program according to the result. If '1' is detected by the LSB, the data storage state is '11' and if the MSB program is operated here, it is '01'. In addition, if '0' is detected by the LSB, the data storage state is '10', so when the MSB program operates, the value is '00'.
하지만, 멀티 레벨 셀의 경우 싱글 레벨 셀보다 다수의 문턱전압 분포를 가 지기 때문에 각각의 문턱전압 분포상태의 충분한 독출 마진(read margin)을 두어야 한다. 문턱전압을 바꾸게 하는 요소들 중 인접한 셀 간의 간섭(interference) 현상은 낸드 플래쉬 메모리에서 대부분 존재하게 되는데, 소자의 집적도가 점차 커짐에 따라 간섭에 의한 문턱전압 변화가 증가 되어 소자의 특성이 저하될 수 있다. However, since a multilevel cell has a larger number of threshold voltage distributions than a single level cell, a sufficient read margin of each threshold voltage distribution is required. Interference between adjacent cells among the factors that change the threshold voltage is mostly present in the NAND flash memory. As the integration of the device increases, the threshold voltage change due to the interference increases, which may degrade the device characteristics. have.
따라서, 본 발명은 문턱전압 각각에 대응되는 데이터의 순서를 바꾸고, 프로그램 동작을 워드라인 방향으로 수행하여 메모리 셀들 간의 간섭을 감소시키는 데 있다. Accordingly, the present invention is to reduce the interference between the memory cells by changing the order of the data corresponding to each of the threshold voltages, and performing the program operation in the word line direction.
본 발명은 멀티 레벨 셀을 갖는 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방법에 관한 것으로, 복수의 메모리 셀들이 직렬로 접속되고, 직렬로 접속된 메모리 셀들이 드레인 선택 트랜지스터 및 소오스 선택 트랜지스터를 통해 드레인 및 소스를 서로 공유하여 하나의 스트링을 구성하며, 상기 복수의 스트링들을 하나의 메모리 셀 어레이로 하고, 두 개의 메모리 셀 어레이로 구성되는 멀티 레벨 셀을 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방법에 있어서, 상위 및 하위 데이터 비트들은 네 개의 프로그램 구간들로 나누어 메모리 셀에 프로그램 동작을 수행하는 단계, 프로그램 동작은 워드라인 방향으로 수행하는 단계, 프로그램 검증 및 독출 동작은 페이지 단위로 수행하는 단계를 포함하는 멀티 레벨 셀을 갖는 플래쉬 메모리 소자의 프로 그램 방법을 포함한다. The present invention relates to a method of programming a flash memory device having a multi-level cell, wherein a plurality of memory cells are connected in series, and the memory cells connected in series share a drain and a source through a drain select transistor and a source select transistor. In the method of programming a flash memory device comprising a plurality of strings, the plurality of strings as a memory cell array, and a multi-level cell including two memory cell arrays, the upper and lower data bits Flash memory having a multi-level cell comprising the step of performing a program operation on the memory cell divided into four program intervals, the program operation in the word line direction, the program verification and read operation in the page unit Contains program method of device The.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 메모리 셀 어레이를 나타낸 도면이다. 2 to 3 are diagrams illustrating a memory cell array of a flash memory device according to the present invention.
도 2를 참조하면, 메모리 셀 어레이(100)는 복수의 셀 스트링들(101)을 포함한다. 셀 스트링(101)은 드레인 선택소자(DST), 복수의 메모리 셀들(F0~Fn) 및 소스 선택소자(SST)를 포함하고, 이들은 비트라인(101)에 접속되어 있다. 셀 스트링(101)은 복수개로 구성되고, 각각의 셀 스트링을 구성하는 소자들은 복수의 워드라인들(WL0~WLn)과 접속된다. 또한, 복수의 비트라인들(BLe, BLo)은 복수의 페이지 버퍼들(미도시)을 포함하는 페이지 버퍼부(110)와 접속된다. Referring to FIG. 2, the
도 3을 참조하면, 도 2의 메모리 셀 어레이가 복수개 사용된 멀티 레벨 셀을 개략적으로 도시되어 있다. F0 내지 Fn 각각은 메모리 셀을 나타낸다. 프로그램 동작은 비트라인(BLe, BLo) 방향(A 방향)이 아닌 워드라인(WL0, WL1, ...WLn) 방향(B 방향)으로 수행한다. 즉, 프로그램할 때에는 복수의 워드라인들(WL0~WLn) 중 어느 하나의 워드라인이 선택되어 프로그램 되도록 한다. 프로그램 동작시에는 프로그램 되는 셀의 주변 셀들이 간섭(A, B, C)을 받게 된다. 하지만, 워드라인 방향(B 방향)으로 프로그램을 수행하면 적어도 이웃하는 스트링의 셀과의 간섭(B)은 방지할 수 있게 된다. 이는 인접한 셀들이 공통으로 워드라인을 공유하기 때문에 프로그램 전압이 워드라인에 인가되어도 이웃하는 셀들은 모두 같은 전압을 인가받게 되므로 x축 방향(B)의 셀들은 상호 간섭을 전혀 받지않게 된다. Referring to FIG. 3, a multilevel cell using a plurality of memory cell arrays of FIG. 2 is schematically illustrated. Each of F0 to Fn represents a memory cell. The program operation is performed in the word lines WL0, WL1, ... WLn directions (B direction), not in the bit lines (BLe, BLo) directions (A direction). That is, when programming, any one of the word lines WL0 to WLn is selected to be programmed. In the program operation, neighboring cells of the programmed cell are subjected to interference (A, B, C). However, if the program is executed in the word line direction (B direction), interference (B) with at least neighboring cells of the string can be prevented. Since adjacent cells share a common word line, even if a program voltage is applied to the word line, neighboring cells are all applied with the same voltage, so that the cells in the x-axis direction B do not interfere with each other.
도 4는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 프로그램 방법을 나타낸 도면이다. 2비트의 데이터 저장 상태를 '11', '01', '10', '00'으로 하고, 이들 각각을 순차적으로 문턱전압 분포에 정의한다. 즉, 가장 낮은 문턱전압 분포의 데이터 저장 상태를 '11'로 하고, 다음에는 '01', '10' 및 '00'를 순서대로 정의한다. 그러면, LSB 프로그램될 때는 '11'에서 '10'으로 되고, MSB 프로그램 되면 '11'에서 '01'로 바뀌거나 또는 '10'에서 '00'로 바뀌게 된다. 상기 동작으로 프로그램을 수행하게 되면 도 3에서 y방향(A) 및 대각선 방향(C)의 셀 간 간섭은 감소하게 된다. 4 is a diagram illustrating a program method of a flash memory device according to the present invention. The data storage states of two bits are set to '11', '01', '10', and '00', and each of them is sequentially defined in the threshold voltage distribution. That is, the data storage state of the lowest threshold voltage distribution is set to '11', and then '01', '10' and '00' are defined in order. Then, when the LSB is programmed, it is changed from '11' to '10', and when the MSB is programmed, it is changed from '11' to '01' or from '10' to '00'. When the program is executed in the above operation, the interference between cells in the y direction A and the diagonal direction C in FIG. 3 is reduced.
또한, 프로그램 동작은 워드라인 방향으로 실시하고, 프로그램 검증(verify) 및 독출(read) 동작은 페이지 버퍼(page buffer) 단위로 실시하도록 한다. 이는 크로스 토크(cross talk)에 의한 독출 오동작을 방지하기 위해서이다. 크로스 토크는 원하는 금속배선에 신호(전압)를 인가했을 때 인접하는 다른 금속배선이 영향을 받아 전압이 흔들림으로써 오동작이 발생하는 현상이다. 따라서, 간섭 형상을 감소시키기 위해 프로그램은 워드라인 방향으로 실시하면서 크로스 토크를 막기 위해서 검증이나 리드는 페이지 단위로 실시한다. 이를 위해 각각의 비트라인마다 페이지 버퍼가 필요하다.In addition, the program operation is performed in the word line direction, and the program verify and read operations are performed in a page buffer unit. This is to prevent readout malfunction due to cross talk. Crosstalk is a phenomenon in which a malfunction occurs when a signal (voltage) is applied to a desired metal wiring and another metal wiring adjacent is affected and the voltage is shaken. Therefore, in order to reduce the interference shape, the program is performed in the word line direction while verification or read is performed in units of pages to prevent cross talk. This requires a page buffer for each bit line.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, the present invention will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 프로그램 동작을 바꾸어 줌으로써 메모리 셀 간의 간섭현상을 감소시킬 수 있고, 이에 의해 멀티 레벨 셀의 문턱전압 분포 마진을 확보할 수 있으며, 프로그램 동작의 속도가 향상되어 데이터의 처리량을 증가시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the interference between memory cells can be reduced by changing the program operation, thereby securing the threshold voltage distribution margin of the multi-level cell, and the speed of the program operation is improved, thereby increasing the data throughput. Can be increased.
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GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |