KR20080044042A - Flash memory device and method for controlling read operation thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면.1 is a view schematically showing the structure of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 도 1의 플래시 메모리 소자의 일 측을 나타낸 수직 단면도.FIG. 2A is a vertical sectional view showing one side of the flash memory device of FIG.
도 2b는 도 1의 플래시 메모리 소자의 타 측을 나타낸 수직 단면도.FIG. 2B is a vertical sectional view showing the other side of the flash memory device of FIG.
도 3은 본 발명의 플래시 메모리 소자에 인가되는 제1 게이트 전압 및 제2 게이트 전압의 일 예를 나타낸 도면.3 is a diagram illustrating an example of a first gate voltage and a second gate voltage applied to a flash memory device of the present invention.
도 4a는 플로팅 게이트에 전하가 제1 전하량만큼 충전된 제1 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.4A illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a first programming state in which charge is charged to a floating gate by a first amount of charge.
도 4b는 플로팅 게이트에 전하가 제1 전하량만큼 충전된 제1 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.4B illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a second gate voltage in a first programming state in which charge is charged to a floating gate by a first amount of charge.
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 제1 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프.4C is a graph illustrating the relationship between the gate voltage applied in the first programming state of FIGS. 4A and 4B and the measured drain current.
도 5a는 플로팅 게이트에 전하가 제2 전하량만큼 충전된 제2 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.5A illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a second programming state in which charge is charged to a floating gate by a second amount of charge.
도 5b는 플로팅 게이트에 전하가 제2 전하량만큼 충전된 제2 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.5B illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a second gate voltage in a second programming state in which charge is charged to a floating gate by a second amount of charge.
도 5c는 도 5a 및 도 5b의 제2 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프.5C is a graph illustrating the relationship between the applied gate voltage and the measured drain current in the second programming state of FIGS. 5A and 5B.
도 6a는 플로팅 게이트에 전하가 제3 전하량만큼 충전된 제3 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.6A illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a third programming state in which charge is charged to a floating gate by a third amount of charge.
도 6b는 플로팅 게이트에 전하가 제3 전하량만큼 충전된 제3 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.6B illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a second gate voltage in a third programming state in which charge is charged to a floating gate by a third amount of charge.
도 6c는 도 6a 및 도 6b의 제3 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프.6C is a graph illustrating the relationship between the applied gate voltage and the measured drain current in the third programming state of FIGS. 6A and 6B.
도 7a는 플로팅 게이트에 전하가 제4 전하량만큼 충전된 제4 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.FIG. 7A illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a fourth programming state in which charge is charged to a floating gate by a fourth amount of charge.
도 7b는 플로팅 게이트에 전하가 제4 전하량만큼 충전된 제4 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.FIG. 7B illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a second gate voltage in a fourth programming state in which charge is charged to a floating gate by a fourth amount of charge.
도 7c는 도 7a 및 도 7b의 제4 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프.FIG. 7C is a graph illustrating the relationship between the gate voltage applied and the measured drain current in the fourth programming state of FIGS. 7A and 7B.
도 8a는 플로팅 게이트에 전하가 제5 전하량만큼 충전된 제5 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.8A illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a fifth programming state in which charge is charged to a floating gate by a fifth amount of charge.
도 8b는 플로팅 게이트에 전하가 제5 전하량만큼 충전된 제5 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면.8B illustrates the presence or absence of channel formation upon application of a second gate voltage in a fifth programming state in which charge is charged to a floating gate by a fifth amount of charge.
도 8c는 도 8a 및 도 8b의 제5 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프.FIG. 8C is a graph illustrating the relationship between the gate voltage applied and the measured drain current in the fifth programming state of FIGS. 8A and 8B.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 : 반도체 기판 120 : 소스 영역110: semiconductor substrate 120: source region
130 : 드레인 영역 140 : 제1 채널 영역130: drain region 140: first channel region
145 : 제2 채널 영역 150 : 플로팅 게이트145: second channel region 150: floating gate
160 : 컨트롤 게이트160: control gate
본 발명은 플래시 메모리 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각 도핑 농도가 다른 다중 채널 구조를 가지는 플래시 메모리 소자 및 이러한 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flash memory device, and more particularly, to a flash memory device having a multi-channel structure, each having a different doping concentration, and a read operation control method in such a flash memory device.
플래시 메모리 소자는 소비 전력이 작고, 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 사라지지 않은 채 유지되는 특성을 지닌 기억 장치이다. 따라서 디램(DRAM)과 달리 전원이 끊기더라도 저장된 정보를 그대로 보존할 수 있을 뿐만 아니라 정보의 입출력(쓰기, 지우기 및 읽기)도 자유로워 현재 디지털 텔레비전, 디지털 캠코더, 디지털 카메라, 휴대폰, MP3 플레이어 등에 널리 이용되고 있다.The flash memory device is a memory device having low power consumption and a characteristic in which stored information does not disappear even when the power is turned off. Therefore, unlike DRAM, it not only preserves stored information even when power is cut off, but also frees input / output (write, erase and read) of information, which is widely used in digital televisions, digital camcorders, digital cameras, mobile phones, and MP3 players. It is used.
플래시 메모리 소자는 일반적인 모스 트랜지스터(MOS transistor) 구조에 전하를 축적할 수 있는 플로팅 게이트(floating gate)를 더 포함하여 구성된다. 플래시 메모리 소자는 준위'0'또는 준위'1'만을 프로그래밍할 수 있는 단일 준위 플래시 메모리 소자와 그보다 많은 준위를 프로그래밍할 수 있는 다중 준위 플래시 메모리 소자로 나뉜다. 예를 들어, 데이터 비트가 2인 다중 준위 플래시 메모리 소자에서는 플로팅 게이트에 축적된 전하량에 상응하여 '00','01','10'및 '11'의 네 가지 준위에 대한 프로그래밍이 가능하다. 이러한 다중 준위 플래시 메모리 소자에 있어 플로팅 게이트에 축적된 전하량에 상응하는 각각의 준위(즉, 소자의 프로그래밍 상태)의 확인(읽기)에는 플래시 메모리 소자에 구비된 컨트롤 게이트에 각각 상이한 크기를 갖는 전압을 수회 인가하는 방법이 이용된다.The flash memory device further includes a floating gate capable of accumulating charge in a general MOS transistor structure. Flash memory devices are divided into single level flash memory devices that can only program level '0' or level '1' and multiple level flash memory devices that can program more levels. For example, in a multilevel flash memory device having a data bit of 2, four levels of '00', '01', '10', and '11' can be programmed corresponding to the amount of charge accumulated in the floating gate. In such a multilevel flash memory device, the identification (reading) of each level (that is, the programming state of the device) corresponding to the amount of charge accumulated in the floating gate is performed by applying a voltage having a different magnitude to the control gate of the flash memory device. The method of applying several times is used.
이때, 단일 채널을 갖는 다중 준위 플래시 메모리 소자에서는 각각의 준위를확인하기 위한 방법으로서 전압 측정법(voltage sensing method)과 전류 측정법(current sensing method)을 이용한다. 그러나 단일 채널을 갖는 다중 준위 플래시 메모리 소자에서 전압 측정법을 이용하는 경우를 살펴보면, 각각의 준위를 확인하기 위하여 컨트롤 게이트에 많은 횟수의 전압을 인가하여야 하는 문제점이 있다. 예를 들어, 단일 채널을 갖는 2 비트 다중 준위 플래시 메모리에 있어 네 가지 준위를 각각 구별해내려면 적어도 크기가 상이한 3개의 전압이 필요하다. 왜냐하면 네 가지 준위를 구별하려면 소자는 인가 전압에 따라 구별되는 네 가지의 채널 형성 형태를 가져야 하기 때문이다. 즉, 단일 채널을 갖는 다중 준위 플래시 메모리 소자에서는 컨트롤 게이트에 크기가 상이한 3개의 전압을 각 1회씩 총 3회 인가하 여야만 구별되는 네 가지의 채널 형성 형태(모든 인가 전압에서 채널이 형성되는 경우, 어느 두개의 인가 전압에서만 채널이 형성되는 경우, 어느 한 개의 인가 전압에서만 채널이 형성되는 경우 및 모든 인가 전압에서 채널이 형성되지 않는 경우)가 나타나며, 네 가지의 채널 형성 형태와 각각 일대일 대응되는 네 가지의 준위를 구별할 수 있게 된다. 따라서, 하나의 채널을 갖는 M 비트 다중 준위 플래시 메모리 소자의 경우에는 총 2 M 가지의 준위를 구별하기 위해 총 2 M - 1 회의 각기 상이한 전압을 컨트롤 게이트에 인가하여야 한다. 결국, 단일 채널을 갖는 다중 준위 플래시 메모리 소자는 소자의 각 준위(프로그래밍 상태)를 확인하기 위한 읽기 동작에 있어 많은 시간이 소요되어 읽기 속도가 느린 문제점이 있다.In this case, in a multi-level flash memory device having a single channel, a voltage sensing method and a current sensing method are used as a method for identifying each level. However, in the case of using the voltage measurement method in a multi-level flash memory device having a single channel, there is a problem in that a large number of voltages must be applied to the control gate to check each level. For example, in a two-bit multilevel flash memory with a single channel, at least three different voltages are required to distinguish each of the four levels. This is because in order to distinguish the four levels, the device must have four types of channel formation distinguished according to the applied voltage. That is, in a multilevel flash memory device having a single channel, four distinct channel formation types are required only when three different voltages are applied to the control gate three times, one at a time (when a channel is formed at all applied voltages). , The channel is formed only at any two applied voltages, the channel is formed only at one applied voltage, and the channel is not formed at all applied voltages). Four levels can be distinguished. Accordingly, in the case of the M-bit multi-level flash memory device having a single channel, a total of 2 M in order to distinguish a total of 2 M of the level - to be applied to a single respective different voltages to the control gate. As a result, a multilevel flash memory device having a single channel has a problem in that the read speed is slow because a lot of time is required to read each level (programming state) of the device.
또한, 단일 채널을 갖는 다중 준위 플래시 메모리 소자에서 전류 측정법을 이용하는 경우를 살펴보면, 전류 측정 이득(current sensing margin)을 높이기 위해서 플로팅 게이트에 저장되는 전하량의 차이를 크게 함으로써 각 경우에 흐르는 전류량의 차이를 크게 하거나 고성능의 전류 측정 회로가 필요하게 되는 문제점이 있다. 특히, 고성능의 전류 측정 회로를 사용하는 경우에는 전원 소비가 많아지거나 동작 속도가 느려지는 문제점이 있다.In addition, in the case of using the current measurement method in a multi-level flash memory device having a single channel, the difference in the amount of current flowing in each case is increased by increasing the difference in the amount of charge stored in the floating gate in order to increase the current sensing margin. There is a problem that a large or high performance current measurement circuit is required. In particular, in the case of using a high-performance current measurement circuit, there is a problem in that power consumption increases or operation speed becomes slow.
따라서, 본 발명은 각각 도핑 농도가 다른 다중 채널 구조를 가지는 플래시 메모리 소자 및 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an aspect of the present invention is to provide a flash memory device having a multi-channel structure having a different doping concentration and a read operation control method in the flash memory device.
또한, 본 발명은 다중 채널 구조를 통하여 소자의 읽기 동작 시간 및 프로그램 확인 시간을 줄일 수 있고, 소자 주변의 전류 측정 회로의 전류 측정 이득(current sensing margin)을 높일 수 있는 플래시 메모리 소자 및 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention can reduce the read operation time and the program check time of the device through a multi-channel structure, the flash memory device and the flash memory device that can increase the current sensing margin (current sensing margin) of the current measuring circuit around the device To provide a read operation control method in.
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.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 이격되어 형성된 소스 영역 및 드레인 영역을 가지는 반도체 기판; 소스 영역과 드레인 영역 사이에 형성되며, 각각 상이한 농도로 도핑된 N개(N은 2 이상의 자연수)의 채널 영역; 채널 영역의 상부에 형성되는 플로팅 게이트; 및 플로팅 게이트의 상부에 형성되는 컨트롤 게이트를 포함하는 플래시 메모리 소자가 제공될 수 있다.According to an aspect of the invention, a semiconductor substrate having a source region and a drain region formed spaced apart from each other; N channel regions (N is a natural number of two or more) formed between the source region and the drain region, each doped at different concentrations; A floating gate formed over the channel region; And a control gate formed on the floating gate.
여기서, N개의 채널 영역은 제1 채널 영역 및 제1 채널 영역보다 높은 농도로 도핑된 제2 채널 영역의 2개의 채널 영역으로 형성될 수 있다.Here, the N channel regions may be formed as two channel regions of the first channel region and the second channel region doped at a higher concentration than the first channel region.
여기서, 반도체 기판은 도핑된 반도체 기판을 이용하되, N개의 채널 영역 중 어느 하나의 채널 영역은 도핑된 반도체 기판의 소정 영역으로 형성될 수 있다.Here, the semiconductor substrate may be a doped semiconductor substrate, and any one channel region of the N channel regions may be formed as a predetermined region of the doped semiconductor substrate.
여기서, N개의 채널 영역은 소스 영역 및 드레인 영역을 연결하는 길이 방향으로 각각 형성될 수 있다.Here, the N channel regions may be formed in the length direction connecting the source region and the drain region, respectively.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 소스 영역과 드레인 영역을 가지는 반도체 기판, 소스 영역과 드레인 영역 사이에 형성된 제1 채널 영역 및 제1 채널 영역보다 높은 농도로 도핑된 제2 채널 영역, 플로팅 게이트 및 컨트롤 게이트를 포함하는 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작을 제어하기 위한 플래시 메모리 소자의 읽기 동작 제어 방법에 있어서, 컨트롤 게이트에 인가되는 게이트 전압과 제1 채널 영역의 문턱 전압(VTHL) 및 제2 채널 영역의 문턱 전압(VTHH)을 각각 비교하여 플로팅 게이트에 축적된 전하량에 상응하는 프로그램밍 상태를 결정하는 플래시 메모리 소자의 읽기 동작 제어 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a semiconductor substrate having a source region and a drain region, a first channel region formed between the source region and the drain region, and a second channel region, a floating gate and a control doped to a higher concentration than the first channel region A method of controlling a read operation of a flash memory device for controlling a read operation in a flash memory device including a gate, the method comprising: a gate voltage applied to a control gate, a threshold voltage V THL of a first channel region, and a second channel region; A method of controlling a read operation of a flash memory device may be provided that compares threshold voltages V THH to determine a programming state corresponding to an amount of charge accumulated in a floating gate.
여기서, 컨트롤 게이트에 인가되는 게이트 전압은 제1 게이트 전압(V1) 및 제1 게이트 전압보다 고전압인 제2 게이트 전압(V2)을 이용할 수 있다. 이때, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)은 하기 부등식 1 내지 부등식 5를 모두 만족하는 값으로 결정될 수 있다.Here, the gate voltage applied to the control gate may use the first gate voltage V 1 and the second gate voltage V 2 that is higher than the first gate voltage. In this case, the first gate voltage V 1 and the second gate voltage V 2 may be determined to satisfy values of
[부등식 1]
V1 〉VTHH1 V 1 〉 V THH1
[부등식 2]
VTHL2〈 V1〈 VTHH2〈 V2 V THL2 <V 1 <V THH2 <V 2
[부등식 3]Inequality 3
V1 〈 VTHL3〈 VTHH3〈 V2 V 1 <V THL3 <V THH3 <V 2
[부등식 4]Inequality 4
V1 〈 VTHL4〈 V2〈 VTHH4 V 1 <V THL4 <V 2 <V THH4
[부등식 5]Inequality 5
V2〈 VTHL5 V 2 〈V THL5
여기서, VTHH1는 플로팅 게이트에 전하가 제1 전하량만큼 충전된 제1 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역의 문턱 전압이고, VTHL2 및 VTHH2은 플로팅 게이트에 전하가 제2 전하량만큼 충전된 제2 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역 및 제2 채널 영역의 각각의 문턱 전압이며, VTHL3 및 VTHH3는 플로팅 게이트에 전하가 제3 전하량만큼 충전된 제3 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역 및 제2 채널 영역의 각각의 문턱 전압이며, VTHL4 및 VTHH4은 플로팅 게이트에 전하가 제4 전하량만큼 충전된 제4 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역 및 제2 채널 영역의 각각의 문턱 전압이며, VTHH5는 플로팅 게이트에 전하가 제5 전하량만큼 충전된 제5 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역의 문턱 전압이다.Here, V THH1 is the threshold voltage of the second channel region in the first programming state in which the charge is charged in the floating gate by the first amount of charge, and V THL2 and V THH2 are the second in which the charge is charged in the floating gate by the second amount of charge. Threshold voltages of the first channel region and the second channel region in the programming state, and V THL3 and V THH3 are the first channel region and the second channel in the third programming state in which the floating gate is charged with a third amount of charge. Respective threshold voltages of the channel region, and V THL4 and V THH4 are the respective threshold voltages of the first channel region and the second channel region in the fourth programming state in which the floating gate is charged with the fourth amount of charge, and V THH5 Is the threshold voltage of the first channel region in the fifth programming state in which charge is charged in the floating gate by the fifth charge amount.
또한, 본 발명의 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작 제어 방법에 있어서, 프로그래밍 상태는 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 드레인 영역에서 측정되는 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 드레인 영역에서 측정되는 제2 드레인 전류(ID2)를 미리 설정된 제1 기준 전류(IREF1) 및 제2 기준 전류(IREF2)와 각각 비교하여 결정될 수 있다.In addition, in the read operation control method of the flash memory device of the present invention, the programming state is the first drain current (I D1 ) and the second gate voltage measured in the drain region as the first gate voltage (V 1 ) is applied. As (V 2 ) is applied, the second drain current I D2 measured in the drain region may be determined by comparing the first reference current I REF1 and the second reference current I REF2 , respectively.
여기서, 제1 드레인 전류(ID1)는 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 드레인 영역에서 측정되는 제1 채널 영역을 흐르는 전류(ICH1)와 제2 채널영역을 흐르는 전류(ICH2)의 합이고, 제2 드레인 전류(ID2)는 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 드레인 영역에서 측정되는 제1 채널 영역을 흐르는 전류(ICH1)와 제2 채널 영역을 흐르는 전류(ICH2)의 합이다.Here, the first drain current I D1 is the current I CH1 flowing through the first channel region measured in the drain region and the current I CH2 flowing through the second channel region as the first gate voltage V 1 is applied. ), And the second drain current I D2 is a current I CH1 flowing through the first channel region measured in the drain region as the second gate voltage V 2 is applied, and a current flowing through the second channel region. Is the sum of (I CH2 ).
여기서, 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)와 제1 기준 전류(IREF1) 및 제2 기준 전류(IREF2)간의 비교는 하기 부등식 6 내지 부등식 10에 의하되, 제1 프로그래밍 상태 내지 제5 프로그래밍 상태는 하기 부등식 6 내지 부등식 10과 일대일 대응되도록 설정될 수 있다.Here, the comparison between the first drain current I D1 and the second drain current I D2 and the first reference current I REF1 and the second reference current I REF2 is performed using the following inequality 6 to inequality 10, The first programming state to the fifth programming state may be set to correspond one-to-one with the following inequality 6 to inequality 10.
[부등식 6]Inequality 6
제1 게이트 전압 인가 시 : ID1 〉IREF1, ID1 〉IREF2 When first gate voltage is applied: I D1 〉 I REF1 , I D1 〉 I REF2
제2 게이트 전압 인가 시 : ID2 〉IREF1, ID2 〉IREF2 When applying the second gate voltage: I D2 〉 I REF1, I D2 〉 I REF2
[부등식 7]
제1 게이트 전압 인가 시 : ID1〈 IREF1, ID1 〉IREF2 When the first gate voltage is applied: I D1 <I REF1 , I D1 > I REF2
제2 게이트 전압 인가 시 : ID2 〉IREF1, ID2 〉IREF2 When applying the second gate voltage: I D2 〉 I REF1, I D2 〉 I REF2
[부등식 8]Inequality 8
제1 게이트 전압 인가 시 : ID1〈 IREF1, ID1 ≤ IREF2 When applying the first gate voltage: I D1 <I REF1 , I D1 ≤ I REF2
제2 게이트 전압 인가 시 : ID2 〉IREF1, ID2 〉IREF2 When applying the second gate voltage: I D2 〉 I REF1, I D2 〉 I REF2
[부등식 9]Inequality 9
제1 게이트 전압 인가 시 : ID1〈 IREF1, ID1 ≤ IREF2 When applying the first gate voltage: I D1 <I REF1 , I D1 ≤ I REF2
제2 게이트 전압 인가 시 : ID2〈 IREF1, ID2 〉IREF2 When applying the second gate voltage: I D2 <I REF1 , I D2 > I REF2
[부등식 10]Inequality 10
제1 게이트 전압 인가 시 : ID1〈 IREF1, ID1 ≤ IREF2 When applying the first gate voltage: I D1 <I REF1 , I D1 ≤ I REF2
제2 게이트 전압 인가 시 : ID1〈 IREF1, ID2 ≤ IREF2 When applying the second gate voltage: I D1 <I REF1 , I D2 ≤ I REF2
이때, 제2 기준 전류(IREF2)는 0 또는 이에 상응하는 소정의 전류 값으로 설정되되, 제1 기준 전류(IREF1)는 위의 부등식 6 내지 부등식 10이 성립되도록 설정될 수 있다. 즉, 제1 기준 전류(IREF1)는 제1 채널 영역 및 제2 채널 영역에 각각 전류 가 흐르는 경우에는 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)가 각각 제1 기준 전류(IREF1)보다 크고, 제1 채널 영역에만 전류가 흐르는 경우에는 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)가 각각 제2 기준 전류(IREF2)보다 크고 제1 기준 전류(IREF1)보다 작도록 설정될 수 있다.In this case, the second reference current I REF2 may be set to 0 or a predetermined current value corresponding thereto, and the first reference current I REF1 may be set such that the above inequalities 6 to 10 are satisfied. That is, the first reference current I REF1 has the first reference current I D1 and the second drain current I D2 when the current flows in the first channel region and the second channel region, respectively. If greater than I REF1 and current flows only in the first channel region, the first drain current I D1 and the second drain current I D2 are greater than the second reference current I REF2, respectively, and the first reference current. It may be set to be smaller than (I REF1 ).
여기서, 제1 프로그래밍 상태 내지 제5 프로그래밍 상태 중 어느 네 개의 프로그래밍 상태는 '00', '01', '10'및 '11'중 어느 하나의 준위와 각각 일대일 대응될 수 있다.Here, any four programming states of the first to fifth programming states may correspond one-to-one with one of the levels '00', '01', '10', and '11'.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 및 그 읽기 동작 제어 방법을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a flash memory device and a read operation control method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein the same or corresponding elements are designated by the same reference numerals regardless of the reference numerals. Duplicate explanations will be omitted. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2a는 도 1의 플래시 메모리 소자의 일 측을 나타낸 수직 단면도이며, 도 2b는 도 1의 플래시 메모리 소자의 타 측을 나타낸 수직 단면도이다. 여기서, 도 2a는 도 1의 A-A'선을 기준으로 한 수직 단면을 나타내며, 도 2b는 도 1의 B-B'선을 기준으로 한 수직 단면을 나타낸다.1 is a view schematically showing the structure of a flash memory device according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a vertical cross-sectional view showing one side of the flash memory device of Figure 1, Figure 2b is a flash memory of Figure 1 Vertical cross-sectional view showing the other side of the device. 2A illustrates a vertical cross section based on the line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 2B illustrates a vertical cross section based on the line BB ′ of FIG. 1.
이하의 모든 도면에서는 도 1과 같이 2개의 채널 영역을 가지는 플래시 메모리 소자를 중심으로 설명하지만, 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자는 각각 상이한 농도로 도핑(doping)된 총 N(N은 2 이상의 자연수)개의 채널 영역을 가질 수 있으며, N개의 채널 영역을 가지는 플래시 메모리 소자도 이하의 상세한 설명으로부터 쉽게 도출될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 노어 플래시 메모리(NOR flash memory) 등 그 타입을 불문하고 적용 가능하다.In all the drawings below, a flash memory device having two channel regions as shown in FIG. 1 will be described. However, the flash memory devices according to the present invention each have a total N doped at different concentrations (N is a natural number of 2 or more). Flash memory device having N channel areas may be easily derived from the following detailed description. In addition, the present invention can be applied regardless of its type, such as a NAND flash memory and a NOR flash memory.
도 1을 참조하면, 본 발명의 플래시 메모리 소자는 소스 영역(120) 및 드레인 영역(130)을 가지는 반도체 기판(110), 소스 영역(120)과 드레인 영역(130) 사이에 형성된 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145), 플로팅 게이트(150) 및 컨트롤 게이트(160)를 포함한다. 또한 도 1을 통해 별도로 도시하지는 않았지만, 본 발명의 플래시 메모리 소자에는 소스 영역(120) 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 영역(130) 상에 형성되는 드레인 전극, 제1 및 제2 채널 영역(140, 145)과 플로팅 게이트(150) 사이에 형성되는 터널 산화막, 플로팅 게이트(150)와 컨트롤 게이트(160) 사이에 형성되는 게이트 절연막이 더 포함될 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 1, a flash memory device of the present invention may include a
소스 영역(120)과 드레인 영역(130)은 반도체 기판(110)의 양측 일 영역에 서로 이격되어 형성된다. 예를 들어, 반도체 기판(110)으로서 P형 기판이 사용되는 경우에는 반도체 기판(110)의 양측 일 영역을 5족 원소(예를 들어, 비소(As) 등)를 이용하여 도핑 처리함으로써 N형의 소스 영역(120) 및 드레인 영역(130)을 형성한 다. 또한, N형 기판의 양측 일 영역에 3족 원소(예를 들어, 붕소(B) 등)를 이용하여 P형의 소스 영역(120) 및 드레인 영역(130)을 형성할 수 있음은 자명하다.The
제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)은 반도체 기판(110)에 형성된 소스 영역(120)과 드레인 영역(130)의 사이의 영역(이하, 이를 중간 영역이라 함)에 서로 도핑 농도를 달리하여 형성된다. 이처럼 2개의 채널 영역의 형성을 위해서는 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)이 형성될 부분을 서로 농도를 달리하여 각각 도핑 처리하는 방법이 이용될 수 있으며, 만일 소정 농도로 도핑된 반도체 기판(110)이 이용되는 경우에는 2개의 채널 영역 중 어느 하나의 채널 영역은 별도로 도핑 처리할 필요가 없다.The
즉, 반도체 기판(110)으로서 불순물에 의해 도핑된 기판이 이용되는 경우에는 소자에 인가되는 전압에 따라 반도체 기판(110)의 소정 영역에 전자의 이동이 가능한 채널이 자체 형성될 수 있기 때문에 어느 하나의 채널 영역은 별도로 형성할 필요가 없다. 따라서, 이러한 경우 단 1회의 별도 도핑 처리만으로 2개의 채널 영역 각각을 형성할 수 있는 소자 제조 공정 상의 이점이 있다. 예를 들어, 제2 채널 영역(145)이 제1 채널 영역(140)보다 높은 농도로 도핑 처리된 것으로 가정(이하, 이와 같음)하면, 제1 채널 영역(140)은 별도의 도핑 처리 없이도 도핑된 반도체 기판(110)에 의해 직접 구현될 수 있으며, 반도체 기판(110)의 일 영역(중간 영역의 일부)에 불순물을 추가 주입하는 단 1회의 도핑 처리를 더 함으로써 고농도의 제2 채널 영역(145)을 형성할 수 있다.That is, when a substrate doped with an impurity is used as the
상술한 바와 같이 제1 채널 영역(140)이 별도의 도핑 처리 과정을 거치지 않 고 형성되는 경우에는 물성적으로 반도체 기판(110)과 차이가 없는 반도체 기판(110)의 일 영역에 불과하다. 하지만 도 1 이하의 모든 도면에서는 제1 채널 영역(140)이 제2 채널 영역(145)과 마찬가지로 소자에 인가되는 전압에 따라 전자의 이동이 가능한 채널을 형성할 수 있는 영역인 점을 강조하여 반도체 기판(110)과 명확히 구분하여 도시하였다.As described above, when the
또한, 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)은 도 2a 및 도 2b를 통해 도시된 바와 같이 소스 영역(120)과 드레인 영역(130) 간의 연결이 가능하도록 각각 길이 방향(도 1의 A-A'방향 및 B-B'방향)으로 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자에 있어 2개의 인가 전압만으로 소자의 프로그래밍 상태(준위)를 확인(읽기)하기 위해서는 인가 전압에 따른 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)에서의 채널(channel) 형성 유무가 서로 독립적이어야 하기 때문이다. 예를 들어, 특정 전압의 인가에 따라 제1 채널 영역(140)에는 채널이 형성되지 않더라도 제2 채널 영역(145)에는 전자의 이동이 가능한 채널이 형성됨으로써 소스 영역(120)으로부터 드레인 영역(130) 방향으로 흐르는 전류가 존재할 수 있어야 한다. 이를 위해 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)은 소스 영역(120)과 드레인 영역(130) 간의 연결이 가능하도록 각각 형성될 수 있다.In addition, the
플로팅 게이트(150)는 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(140)의 상부에 형성되어 플래시 메모리 소자에 있어서의 전하의 축적(저장) 공간으로서 역할하며, 컨트롤 게이트(160)는 플래시 메모리 소자의 특정 동작(쓰기, 지우기 및 읽기)을 제어하는 역할을 수행한다. 이러한 플로팅 게이트(150) 및 컨트롤 게이트(160)가 수행하는 역할의 이해를 돕기 위해 플래시 메모리 소자에서의 쓰기 및 지우기 동작의 제어 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다. 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작 제어 원리에 대해서는 추후 도 3 내지 도 8c을 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.The floating
플래시 메모리 소자에서 쓰기 동작 제어 방법으로는 열전자 주입(Hot Electron Injection)에 의하는 방법(노어 플래시 메모리의 경우)과 F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)에 의하는 방법(낸드 플래시 메모리의 경우)이 있고, 지우기 동작 제어의 경우에는 공통적으로 F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 방법이 이용된다. 여기서, 열전자 주입(Hot Electron Injection) 방법은 예를 들어 컨트롤 게이트(160)에 10 V, 드레인 영역(130)에 5 V의 전압을 인가하면 채널과 컨트롤 게이트(160) 사이에 고전계가 형성되고, 채널을 통해 소스 영역(120)에서 드레인 영역(130)으로 이동하던 전자가 고전계에 의해 플로팅 게이트(150)로 유입됨으로써 쓰기 동작이 수행되는 방식이다. 그리고 F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 방법은 양자 역학적 현상인 터널링 현상을 이용하여 컨트롤 게이트(160)에 (+) 전압, 반도체 기판(110)에 (-) 전압을 인가함에 따라 채널을 통해 이동하던 전자가 플로팅 게이트(150)로 유입됨으로써 쓰기 동작이 수행되며, 반대로 컨트롤 게이트(160)에 (-) 전압, 반도체 기판(110)에 (+) 전압을 인가함에 따라 축적됐던 전하가 플로팅 게이트(150)로부터 유출됨으로써 지우기 동작이 수행되는 방식이다. 이와 같이 플래시 메모리 소자에서의 쓰기 및 지우기 동작은 플로팅 게이트(150)에서의 전하의 유입 및 유출 과정과 동일하며, 이는 컨트 롤 게이트(160)에 인가되는 전압에 의해 제어된다.Write operation control methods in flash memory devices include Hot Electron Injection (Nor Flash memory) and FN Tunneling (Fowler-Nordheim tunneling). In the case of erasing control, a Fowler-Nordheim tunneling method is commonly used. Here, in the Hot Electron Injection method, for example, when a voltage of 10 V is applied to the
도 3은 본 발명의 플래시 메모리 소자에 인가되는 제1 게이트 전압 및 제2 게이트 전압의 일 예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a first gate voltage and a second gate voltage applied to a flash memory device of the present invention.
도 3을 참조하면, 각각 상이한 크기를 갖는 2개의 게이트 전압(VG)이 예시되고 있다. 여기서, 게이트 전압(VG)은 컨트롤 게이트(160)와 반도체 기판(110) 간에 인가되는 전압을 의미하며, 이하의 설명에서 2개의 게이트 전압(VG) 중 제2 게이트 전압(V2)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 게이트 전압(V1)보다 고전압인 것으로 가정한다.Referring to FIG. 3, two gate voltages V G , each having a different magnitude, are illustrated. Here, the gate voltage V G refers to a voltage applied between the
본 발명에 따른 다중 채널을 갖는 플래시 메모리 소자는 전압 측정법과 전류 측정법을 합친 것의 일종으로서 서로 다른 크기를 갖는 2개의 게이트 전압(VG)을 이용하여 읽기 동작을 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤 게이트(160)에 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)을 각 1회씩 총 2회 인가하는 과정(도 3의 식별부호 T 참조)만으로도 소자에서의 읽기 동작 제어가 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 다중 채널을 갖는 플래시 메모리 소자는 단일 채널을 갖는 다중 준위 플래시 메모리 소자보다 읽기 동작에 소요되는 시간이 짧다. 예를 들어, 단일 채널을 갖는 플래시 메모리 소자의 경우 4개 이상의 준위를 구별하기 위해서는 적어도 3개 이상의 다른 전압을 각 1회씩 인가하여야 하므로, 본 발명에 따른 다중 채널을 갖는 플래 시 메모리 소자는 전압 측정법을을 이용하는 경우 단일 채널을 이용하는 경우보다 읽기 시간을 적어도 한 주기 이상 줄일 수 있는 이점이 있다.The flash memory device having a multi-channel according to the present invention is a combination of a voltage measurement method and a current measurement method, and can control a read operation by using two gate voltages V G having different magnitudes. That is, the read operation in the device is performed only by applying the first gate voltage V 1 and the second gate voltage V 2 to the
또한, 전류 측정법을 함께 이용함에 있어서 소자를 흐르는 전류량이 각각의 상태에 따라 흐르는 전류의 합으로 나타나기 때문에 소자에서의 전류 검출 이득(current sensing margin)이 높아진다. 따라서, 본 발명의 다중 채널을 갖는 플래시 메모리 소자의 경우에는 소자를 흐르는 전류량이 각각의 상태에 따라 큰 차이를 보이기 때문에 단일 채널을 갖는 플래시 메모리 소자와 달리 각 상태에 따라 흐르는 전류량의 차이를 크게 하거나 고성능의 전류 측정 회로를 구비할 필요가 없는 이점이 있다.In addition, the current sensing margin in the device is increased because the amount of current flowing through the device is expressed as the sum of the currents flowing in each state when the current measuring method is used together. Therefore, in the case of a flash memory device having a multi-channel according to the present invention, since the amount of current flowing through the device shows a large difference in each state, unlike the flash memory device having a single channel, the difference in the amount of current flowing in each state is increased or There is an advantage that it is not necessary to have a high performance current measurement circuit.
이하, 본 발명의 다중 채널을 갖는 플래시 메모리 소자에서의 2개의 게이트 전압(VG)을 이용한 읽기 동작 제어 방법을 도 4a 내지 도 8c를 참조하여 상세히 설명하며, 도 4a 내지 도 8c에 대한 설명의 이해를 돕기 위해 이하에서 사용될 용어를 먼저 소개하기로 한다.Hereinafter, a method of controlling a read operation using two gate voltages V G in a multi-channel flash memory device will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 8C. To help understand, the following terms will be introduced first.
드레인 전류(ID)는 소자에 게이트 전압(VG)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145) 모두 또는 어느 하나의 채널 영역에 전자의 이동이 가능한 채널이 형성됨으로써 소스 영역(120)으로부터 드레인 영역(130) 쪽으로 흐르는 전류를 의미한다. 다시 말하면, 드레인 전류(ID)는 소자에 게이트 전압(VG)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)에 형성된 채널을 통해 흐르는 제1 채널 전 류(ICH1)와 제2 채널 영역(145)에 형성된 채널을 통해 흐르는 제2 채널 전류(ICH2)의 합(즉, ID = ICH1 + ICH2)과 같다.As the drain current I D is applied with the gate voltage V G to the device, a channel capable of moving electrons is formed in both the
이때, 소자에 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 채널을 통해 흐르는 드레인 전류(ID)를 제1 드레인 전류(ID1)라 하며, 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 채널을 통해 흐르는 드레인 전류(ID)를 제2 드레인 전류(ID2)라 칭한다.In this case, as the first gate voltage V 1 is applied to the device, the drain current I D flowing through the channel is referred to as the first drain current I D1 , and as the second gate voltage V 2 is applied. The drain current I D flowing through the channel is called a second drain current I D2 .
또한, 임의의 프로그래밍 상태에서 특정 게이트 전압(VG)이 인가됨에 따라 특정 채널 영역에 형성된 채널을 통해 흐르는 채널 전류는 다음과 같이 표시한다. 여기서, 프로그래밍 상태는 플로팅 게이트(150)에 축전된 전하량에 의해서 결정(구분)된다. 예를 들어, ICH1(2,3)는 제3 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)에 형성된 채널을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1)를 의미한다. 즉, 괄호 안의 첫번째 숫자는 인가되는 게이트 전압(VG)을 구분하고, 두번째 숫자는 소자의 프로그래밍 상태를 구분하고 있다.In addition, as a specific gate voltage V G is applied in an arbitrary programming state, a channel current flowing through a channel formed in a specific channel region is expressed as follows. Here, the programming state is determined (divided) by the amount of charge stored in the floating
또한, 문턱 전압(VTH)(Threshold voltage)은 인가되는 게이트 전압(VG)에 따라 소자에 채널이 형성되기 위한 최소한의 전압을 의미한다. 즉, 문턱 전압(VTH)은 소자에 채널이 형성됨에 따라 전류가 흐르기 시작할 때의 인가된 게이트 전압(VG)의 크기와 같다. 이러한 문턱 전압(VTH)은 채널 영역의 도핑 농도 및 플로팅 게이 트(150)에 축적된 전하량에 따라 그 값이 변화한다. 일반적으로 문턱 전압(VTH)은 채널 영역의 불순물 도핑 농도가 높을수록 높아지며, 또한 플로팅 게이트(150)에 축적된 전하량이 많을수록 높아지는 특성을 가진다.In addition, the threshold voltage (V TH ) (Threshold voltage) means a minimum voltage for forming a channel in the device according to the gate voltage (V G ) is applied. That is, the threshold voltage V TH is equal to the magnitude of the applied gate voltage V G when current starts to flow as a channel is formed in the device. The threshold voltage VTH varies depending on the doping concentration of the channel region and the amount of charge accumulated in the floating
이때, 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTH)을 제1 문턱 전압(VTHL)이라 하고, 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTH)을 제2 문턱 전압(VTHH)이라 칭한다. 여기서, 제2 채널 영역(145)은 제1 채널 영역(140)보다 높은 농도로 도핑되어 있으므로 제2 문턱 전압(VTHH)은 제1 문턱 전압(VHTL)보다 큰 값을 갖게 된다.In this case, the threshold voltage V TH of the
도 4a는 플로팅 게이트에 전하가 제1 전하량만큼 충전된 제1 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이고, 도 4b는 플로팅 게이트에 전하가 제1 전하량만큼 충전된 제1 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이며, 도 4c는 도 4a 및 도 4b의 제1 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프이다. 본 실시예에서 제1 프로그래밍 상태는 플로팅 게이트(150)에 전하가 제1 전하량(Q1)만큼 충전된 경우의 소자의 프로그래밍 상태를 예를 들어 설명하지만, 플로팅 게이트(150)에 전하가 충전되어 있지 않은 소자의 초기 상태 자체를 제1 프로그래밍 상태로 이용할 수 있음은 물론이다.4A is a diagram illustrating the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a first programming state in which charge is charged to a floating gate by a first charge amount, and FIG. 4B is a charge in the floating gate by a first charge amount. 4A and 4B illustrate the relationship between the gate voltage applied in the first programming state of FIGS. 4A and 4B and the measured drain current. One graph. In the present exemplary embodiment, the programming state of the device when the charge is charged to the floating
도 4a를 참조하면, 컨트롤 게이트(160)에 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되고 있다. 즉, 플로팅 게이트(150)에 제1 전하량(Q1)만큼의 전하가 충전되어 있는 제1 프로그래밍 상태에서는 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1(1,1))(도 4a의 식별부호 (a) 참조)와 제2 채널 영역(145)을 통해 흐르는 제2 채널 전류(ICH2(1,1))(도 4a의 식별부호 (b) 참조)가 모두 존재한다.Referring to FIG. 4A, as the first gate voltage V 1 is applied to the
또한 도 4b를 참조하면, 본 발명의 플래시 메모리 소자는 제1 프로그래밍 상태에서 컨트롤 게이트(160)에 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되고 있다. 즉, 제1 채널 영역(140)을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1(2,1))(도 4b의 식별부호 (c) 참조)와 제2 채널 영역(145)을 통해 흐르는 제2 채널 전류(ICH2(2,1))(도 4b의 식별부호 (d) 참조)가 모두 존재한다.In addition, referring to FIG. 4B, in the flash memory device of the present invention, as the second gate voltage V 2 is applied to the
제1 프로그래밍 상태에서의 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)의 인가시 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)의 채널 형성 유무는 도 4c를 통해 보다 명확히 설명될 수 있다.When the first gate voltage V 1 or the second gate voltage V 2 is applied in the first programming state, channel formation between the
도 4c를 참조하면, 제1 프로그래밍 상태에 있어 인가되는 게이트 전압(VG)과 채널을 통해 흐르는 드레인 전류(ID)와의 관계를 나타내는 직선이 2개 도시되고 있다. 2개의 직선은 모두 소정의 기울기를 가지며 각 채널 영역별로 형성되고 있으 며, 제1 직선(11)은 제1 프로그래밍 상태에서 제1 채널 영역(140)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를, 제2 직선(21)은 제1 프로그래밍 상태에서 제2 채널 영역(145)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를 대변한다.Referring to FIG. 4C, two straight lines illustrating the relationship between the gate voltage V G applied in the first programming state and the drain current I D flowing through the channel are illustrated. Both straight lines have a predetermined slope and are formed for each channel region. The first
이때, 제1 직선(11)과 제2 직선(21)은 각각 제1 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL1)과 제1 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH1)에서부터 시작되고 있다. 왜냐하면, 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)에 각각 채널이 형성되어 채널 전류가 흐르기 위해서는 인가되는 게이트 전압(VG)이 각각 제1 문턱 전압(VTHL1)과 제2 문턱 전압(VTHH1)보다 큰 값을 가져야만 하기 때문이다.In this case, the first
따라서, 도 4c를 통해 도시된 바와 같이 제1 게이트 전압(V1)을 제1 문턱 전압(VTHL1) 및 제2 문턱 전압(VTHH1)보다 큰 값으로 설정하게 되면 도 4a와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되도록 제어할 수 있다. 이때, 제2 게이트 전압(V2)은 제1 게이트 전압(V1)보다 큰 값을 가지므로, 제2 게이트 전압(V2)을 인가한 경우에도 도 4b와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성된다.Therefore, as shown in FIG. 4C, when the first gate voltage V 1 is set to a value greater than the first threshold voltage V THL1 and the second threshold voltage V THH1 , the first channel as shown in FIG. 4A. The channel may be controlled to be formed in both the
즉, 제1 게이트 전압(V1)과 제2 문턱 전압(VTHH1)간에 아래의 부등식 1의 관계 가 성립하는 경우에는 도 4a 및 도 4b와 같은 형태의 채널(이하, 이를 제1 채널 형태라 함)이 형성된다.That is, when the relation of the following
[부등식 1] V1 〉VTHH1 [Inequality 1] V 1 〉 V THH1
결국, 이는 제1 게이트 전압(V1)으로서 위의 부등식 1을 만족하는 전압을 선택하게 되면 본 발명의 플래시 메모리 소자에서 제1 채널 형태가 형성되도록 제어할 수 있음을 의미한다.After all, this means that when the voltage satisfying the
여기서, 제1 채널 형태의 형성 여부의 판단에는 아래의 부등식 2가 이용될 수 있다.Here, the following
[부등식 2] ID1 〉IREF1, ID2 〉IREF1 [Inequality 2] I D1 〉 I REF1 , I D2 〉 I REF1
여기서, 제1 프로그래밍 상태에서의 제1 드레인 전류(ID1)는 상술한 바와 같이 소자에 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)에 형성된 채널을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1(1,1))와 제2 채널 영역(145)에 형성된 채널을 통해 흐르는 제2 채널 전류(ICH2(1,1))의 합(즉, ID1 = ICH1(1,1) + ICH2(1,1))과 같다. 또한, 제1 프로그래밍 상태에서의 제2 드레인 전류(ID2)는 소자에 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)에 형성된 채널을 통해 흐르는 제1 채널 전 류(ICH1(2,1))와 제2 채널 영역(145)에 형성된 채널을 통해 흐르는 제2 채널 전류(ICH2(2,1))의 합(즉, ID2 = ICH1(2,1) + ICH2(2,1))과 같다.Here, the first drain current I D1 in the first programming state is the first flowing through the channel formed in the
즉, 제1 게이트 전압(V1)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 게이트 전압(V2)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제2 드레인 전류(ID2)가 각각 제1 기준 전류(IREF1)보다 큰 값을 가지는 경우에는 소자에 제1 채널 형태가 형성된 것으로 판단할 수 있다.That is, the first drain current I D1 and the second gate voltage V 2 measured in the
이와 같이 소자에 제1 채널 형태가 형성된 경우에 위의 부등식 2의 관계가 성립함을 이하에서 보다 상세히 설명한다.As described above, the relation of
먼저 도 4c에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가된 경우를 살펴보면, 제1 게이트 전압(V1)은 제1 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL1) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH1)보다 큰 값을 가지므로, 각각 제1 직선(11) 및 제2 직선(12)에 상응하여 각 채널을 통해 제1 채널 전류(ICH1(1,1)) 및 제2 채널 전류(ICH2(1,1))가 각각 흐른다. 즉, 이는 제1 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)의 인가시 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되었다는 것을 의미한다.First, referring to FIG. 4C, when the first gate voltage V 1 is applied, the first gate voltage V 1 may correspond to the threshold voltage V THL1 and the first voltage of the
또한 이때, 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 각 채널을 통해 흐르는 제 1 채널 전류(ICH1(1,1)) 및 제2 채널 전류(ICH2(1,1))의 합(즉, 제1 드레인 전류(ID1))은 제1 기준 전류(IREF1)보다 큰 값을 가짐을 알 수 있다. 이를 바꾸어 설명하면, 제1 기준 전류(IREF1)는 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되었을 때, 형성된 각 채널을 통해 흐르는 제1 드레인 전류(ID1)보다 작은 값을 갖도록 설정된다는 것을 의미한다.In this case, the sum of the first channel current I CH1 (1, 1 ) and the second channel current I CH 2 (1, 1) flowing through each channel as the first gate voltage V 1 is applied ( That is, it can be seen that the first drain current I D1 has a larger value than the first reference current I REF1 . In other words, the first reference current I REF1 is formed when a channel is formed in both the
다음으로 도 4c에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가된 경우를 살펴보면, 제2 게이트 전압(V2)도 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL1) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH1)보다 큰 값을 가지므로, 각각 제1 직선(11) 및 제2 직선(12)에 상응하여 제1 채널 전류(ICH1(2,1)) 및 제2 채널 전류(ICH2(2,1))가 흐른다. 즉, 이는 제1 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압(V2)의 인가시 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되었다는 것을 의미하며, 제2 드레인 전류(ID2)(즉, 제1 채널 전류(ICH1(2,1)) 및 제2 채널 전류(ICH2(2,1))의 합)는 제1 기준 전류(IREF1)보다 큰 값을 가짐을 알 수 있다.Next, Fig. Referring to the second gate voltage (V 2) when an applied in 4c, the second gate voltage (V 2) is also the threshold voltage of the first channel section (140) (V THL1) and the second channel section (145 Since the threshold voltage V THH1 is greater than the threshold voltage V THH1 , the first channel current I CH1 (2, 1 ) and the second channel current correspond to the first
상술한 바와 같이 제1 프로그래밍 상태에서의 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)는 각각 제1 기준 전류(IREF1)보다 큰 값을 가지며, 이러한 관계(부등식 2)를 이용하면 플래시 메모리 소자의 프로그래밍 상태를 판단(읽기)할 수 있 다. 즉, 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)와 제1 기준 전류(IREF1)간에 부등식 2의 관계가 성립하는 경우에는 본 발명의 플래시 메모리 소자가 제1 프로그래밍 상태(즉, 플로팅 게이트(150)에 전하가 제1 전하량(Q1)만큼 충전된 상태)에 있는 것으로 판단할 수 있게 된다.As described above, the first drain current I D1 and the second drain current I D2 in the first programming state have a larger value than the first reference current I REF1 , respectively, and this relationship (Inequality 2) This allows the programming state of the flash memory device to be determined (read). That is, when the
도 5a는 플로팅 게이트에 전하가 제2 전하량만큼 충전된 제2 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이고, 도 5b는 플로팅 게이트에 전하가 제2 전하량만큼 충전된 제2 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이며, 도 5c는 도 5a 및 도 5b의 제2 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프이다. 즉, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트(150)에 제2 전하량(Q2)만큼의 전하가 충전되어 있는 상태(이하, 이를 제2 프로그래밍 상태라 함)에 있는 경우를 예시한다.FIG. 5A is a diagram illustrating the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a second programming state in which charge is charged in a floating gate by a second charge amount, and FIG. 5B is in which charge is charged in a floating gate by a second charge amount. 5A and 5B illustrate a relationship between the gate voltage applied in the second programming state of FIG. 5A and FIG. 5B and the measured drain current. One graph. In other words, FIGS. 5A to 5C are in a state in which the floating
도 5a를 참조하면, 컨트롤 게이트(160)에 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)에만 채널이 형성되고 있다. 즉, 플로팅 게이트(150)에 제2 전하량(Q2)만큼의 전하가 충전되어 있는 제2 프로그래밍 상태에서는 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1(1,2))만이 존재하고(도 5a의 식별부호 (e) 참조), 제2 채널 영역(145)을 통해 서는 전류가 흐르지 않는다.Referring to FIG. 5A, as the first gate voltage V 1 is applied to the
도 5b를 참조하면, 컨트롤 게이트(160)에 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되고 있다. 즉, 제2 프로그래밍 상태에서는 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1(2,2))(도 5b의 식별부호 (f) 참조)와 제2 채널 영역(145)을 통해 흐르는 제2 채널 전류(ICH2(2,2))(도 5b의 식별부호 (g) 참조)가 모두 존재한다.Referring to FIG. 5B, as the second gate voltage V 2 is applied to the
제2 프로그래밍 상태에서의 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)의 인가시 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)의 채널 형성 유무는 도 5c를 통해 보다 명확히 설명될 수 있다.When the first gate voltage V 1 or the second gate voltage V 2 is applied in the second programming state, channel formation between the
도 5c를 참조하면, 제2 프로그래밍 상태에 있어 인가되는 게이트 전압(VG)과 채널을 통해 흐르는 드레인 전류(ID)와의 관계를 나타내는 직선이 2개 도시되고 있다. 여기서, 제3 직선(12)은 제2 프로그래밍 상태에서 제1 채널 영역(140)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를, 제4 직선(22)은 제2 프로그래밍 상태에서 제2 채널 영역(145)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를 대변한다. 이때, 제2 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL2)은 제1 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL1)보 다 큰 값을 가지며, 제2 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH2)은 제1 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHH1)보다 큰 값을 가진다. 이는 플로팅 게이트(150)에 축적된 전하량이 많아짐에 따라 각 채널 영역의 문턱 전압(VTH)은 점차 높아지기 때문이다. 여기서, 제2 프로그래밍 상태에 상응하는 제2 전하량(Q2)은 제1 프로그램 상태에 상응하는 제1 전하량(Q1)보다 큰 것으로 가정한다.Referring to FIG. 5C, two straight lines illustrating the relationship between the gate voltage V G applied in the second programming state and the drain current I D flowing through the channel are illustrated. Here, the third
또한, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제2 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL2) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH2)간에는 아래의 부등식 3과 같은 관계가 성립하고 있다.In addition, the threshold voltage V THL2 of the
[부등식 3] VTHL2〈 V1〈 VTHH2〈 V2 Inequality 3 V THL2 <V 1 <V THH2 <V 2
따라서 제2 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가되는 경우, 제1 게이트 전압(V1)은 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL2)보다 크고 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH2)보다 작은 값을 가지므로, 도 5a와 같이 제1 채널 영역(140)에는 채널이 형성되지만 제2 채널 영역(145)에는 채널이 형성되지 않는다.Therefore, when the second programming state in which the first gate voltage (V 1) in applying a first gate voltage (V 1) is large, the second channel section than the threshold voltage (V THL2) of a first channel region (140 and 145 Since the channel is smaller than the threshold voltage V THH2 of FIG. 5, a channel is formed in the
제2 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가되는 경우, 제2 게이트 전압(V2)은 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL2) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH2)보다 큰 값을 가지므로, 도 5b와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성된다.Second programmed state at the second gate voltage if (V 2) which is applied to the second gate voltage (V 2) is the
즉, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제2 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL2) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH2)간에 위의 부등식 3과 같은 관계가 성립하는 경우에는 도 5a 및 도 5b와 같은 형태의 채널(이하, 이를 제2 채널 형태라 함)이 형성된다. 이는 제1 게이트 전압(V1)과 제2 게이트 전압(V2)으로서 위의 부등식 3을 만족하는 전압을 선택하게 되면 본 발명의 플래시 메모리 소자에서 제2 채널 형태가 형성되도록 제어할 수 있음을 의미한다.That is, the threshold of the first gate voltage (V 1) and a second gate voltage (V 2) and a second programmed state
여기서, 제2 채널 형태의 형성 여부의 판단에는 아래의 부등식 4가 이용될 수 있다.Here, the following inequality 4 may be used to determine whether the second channel form is formed.
[부등식 4] ID2 〉IREF1 〉ID1 〉IREF2 [Inequality 4] I D2 〉 I REF1 〉 I D1 〉 I REF2
즉, 제2 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제1 드레인 전류(ID1)와 제2 게이트 전압(V2)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 4의 관계를 만족하는 경우에는 소자에 제2 채널 형태가 형성된 것으로 판단할 수 있다.That is, when the first gate voltage V 1 is applied in the second programming state, the
이와 같이 소자에 제2 채널 형태가 형성된 경우에 위의 부등식 4의 관계가 성립함을 이하에서 보다 상세히 설명한다.As described above, in the case where the second channel shape is formed in the device, the relation of inequality 4 holds in more detail below.
먼저 도 5c에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가된 경우를 살펴본다. 제1 게이트 전압(V1)이 인가됨에 따라 제3 직선(12)에 상응하여 제1 채널 전류(ICH1(1,2))가 제1 채널 영역(140)을 통해 흐른다. 이때, 제2 채널 영역(145)을 통해서는 전류가 흐르지 않으므로, 이러한 제1 채널 전류(ICH1(1,2))는 제2 프로그래밍 상태에서의 제1 드레인 전류(ID1)가 된다. 따라서, 제1 드레인 전류(ID1)는 제2 기준 전류(IREF2)보다 크고 제1 기준 전류(IREF1)보다 작은 값을 가지게 된다.First, a case in which the first gate voltage V 1 is applied in FIG. 5C will be described. As the first gate voltage V 1 is applied, the first channel current I CH1 (1, 2) flows through the
여기서, 제1 기준 전류(IREF1)는 상술한 바와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되어 각각의 채널을 통해 전류가 흐를 때의 드레인 전류(ID)보다 작은 값으로 미리 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 제2 기준 전류(IREF2)는 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되지 않아 각각의 채널을 통해 드레인 전류(ID)가 흐르지 않을 때의 값으로 설정될 수 있다. 따라서 제2 기준 전류(IREF2)는 바람직하게 0이 될 것이지만, 소자에서 발생할 수 있는 누설 전류(leakage current) 등을 고려하여 주변 전류 측정 회로의 소정의 오프셋(offset) 값 또는 주변 전류 측정 회로의 설계 단계에서 0의 값으로 인식하 여 동작하게 할 수 있는 소정의 전류 값으로 설정될 수 있다.Here, as described above, the first reference current I REF1 has a drain current I when a channel is formed in both the
따라서, 측정된 드레인 전류(ID)가 제2 기준 전류(IREF2)보다 작은 값을 갖는 경우에는 두개의 채널 영역 모두가 형성되지 않았음을 의미하고, 제2 기준 전류(IREF2)보다 크고 제1 기준 전류(IREF1)보다 작은 값을 갖는 경우에는 두개의 채널 영역 중 어느 하나의 채널 영역(본 실시예에서는 도핑 농도가 낮은 제1 채널 영역(140))에만 채널이 형성된다는 것을 의미하며, 제1 기준 전류(IREF1)보다 큰 값을 갖는 경우에는 두개의 채널 영역 모두에 채널이 형성된다는 것을 의미하게 된다.Thus, if the measured drain current (I D) having a value less than the second reference current (I REF2), it means that it is not formed in the both two of the channel region, and greater than the second reference current (I REF2) When the value is smaller than the first reference current I REF1 , it means that a channel is formed only in one of two channel regions (the
다음으로 도 5c에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가된 경우를 살펴본다. 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 각각 제3 직선(12) 및 제4 직선(22)에 상응하여 제1 채널 전류(ICH1(2,2)) 및 제2 채널 전류(ICH2(2,2))가 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)을 통해 각각 흐른다. 따라서, 이 경우 제2 드레인 전류(ID2)(즉, ICH1(2,2) + ICH2(2,2))는 제1 기준 전류(IREF1)보다 큰 값을 가지게 된다.Next, a case in which the second gate voltage V 2 is applied in FIG. 5C will be described. As the second gate voltage V 2 is applied, the first channel current I CH1 (2, 2) and the second channel current I CH2 corresponding to the third
따라서 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 4의 관계를 만족시키는 경우에는 도5a 및 도 5b와 같은 제2 채널 형태를 가지며, 이러한 관계를 이용하면 본 발명의 플래시 메모리 소자가 제2 프로그래밍 상태(즉, 플로팅 게이트(150)에 제2 전하량(Q2)만큼의 전하가 축적된 상태)에 있는 것으로 판단(읽기)할 수 있게 된다.Accordingly, when the first drain current I D1 and the second drain current I D2 satisfy the above inequality 4, the first drain current I D1 and the second drain current I D2 have a second channel shape as shown in FIGS. 5A and 5B. It is possible to determine (read) that the flash memory device of the present invention is in a second programming state (that is, a state in which a charge corresponding to the second charge amount Q 2 is accumulated in the floating gate 150).
도 6a는 플로팅 게이트에 전하가 제3 전하량만큼 충전된 제3 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이고, 도 6b는 플로팅 게이트에 전하가 제3 전하량만큼 충전된 제3 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이며, 도 6c는 도 6a 및 도 6b의 제3 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프이다. 즉, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트(150)에 제3 전하량(Q3)만큼의 전하가 충전되어 있는 상태(이하, 이를 제3 프로그래밍 상태라 함)에 있는 경우를 예시한다.FIG. 6A is a diagram illustrating the presence or absence of channel formation when the first gate voltage is applied in the third programming state in which the charge is charged to the floating gate by the third charge amount, and FIG. 6B is a charge in the floating gate that is charged by the third charge amount. 6A and 6B illustrate a relationship between the gate voltage applied in the third programming state of FIG. 6A and FIG. 6B and the measured drain current. FIG. One graph. In other words, FIGS. 6A to 6C are in a state where a charge equal to the third charge amount Q 3 is charged to the floating
도 6a를 참조하면, 플로팅 게이트(150)에 제3 전하량(Q3)만큼의 전하가 충전되어 있는 제3 프로그래밍 상태에서 컨트롤 게이트(160)에 제1 게이트 전압(V1)이 인가되는 경우 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되지 않고 있다.Referring to FIG. 6A, when the first gate voltage V 1 is applied to the
도 6b를 참조하면, 제3 프로그래밍 상태에서 컨트롤 게이트(160)에 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되고 있다. 즉, 제3 프로그래밍 상태에서는 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1(2,3))(도 6b의 식별부호 (h) 참조)와 제2 채널 영역(145)을 통해 흐르는 제2 채널 전류(ICH2(2,3))(도 6b의 식별부호 (i) 참조)가 모두 존재한다.Referring to FIG. 6B, as the second gate voltage V 2 is applied to the
제3 프로그래밍 상태에서의 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)의 인가시 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)의 채널 형성 유무는 도 6c를 통해 보다 명확히 설명될 수 있다.When the first gate voltage V 1 or the second gate voltage V 2 is applied in the third programming state, channel formation between the
도 6c를 참조하면, 제5 직선(13)은 제3 프로그래밍 상태에서 제1 채널 영역(140)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를, 제6 직선(23)은 제3 프로그래밍 상태에서 제2 채널 영역(145)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를 대변한다. 이때, 제3 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL3)은 제2 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL2)보다 큰 값을 가지며, 제3 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH3)은 제2 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHH2)보다 큰 값을 가진다. 여기서, 제3 프로그래밍 상태에 상응하는 제3 전하량(Q3)은 제2 프로그램 상태에 상응하는 제2 전하량(Q2)보다 큰 것으로 가정한다.Referring to FIG. 6C, the fifth
또한, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제3 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL3) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH3)간에는 아래의 부등식 5과 같은 관계가 성립하고 있다.In addition, the threshold voltage V THL3 of the
[부등식 5] V1 〈 VTHL3〈 VTHH3〈 V2 Inequality 5 V 1 <V THL3 <V THH3 <V 2
따라서 제3 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가되는 경우, 제1 게이트 전압(V1)은 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL3) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH3)보다 작은 값을 가지므로, 도 6a와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되지 않는다.Therefore, the third case the programming state in which the first gate voltage (V 1) in applying a first gate voltage (V 1) is the threshold voltage of the first channel section (140), (V THL3) and a second channel region (145) Since the threshold voltage V THH3 is smaller than the threshold voltage V THH3 , no channel is formed in both the
제3 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가되는 경우, 제2 게이트 전압(V2)은 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL3) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH3)보다 큰 값을 가지므로, 도 6b와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성된다.Third programmed state at the second gate voltage if (V 2) which is applied to the second gate voltage (V 2) is the
즉, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제3 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL3) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH3)간에 위의 부등식 5과 같은 관계가 성립하는 경우에는 도 6a 및 도 6b와 같은 형태의 채널(이하, 이를 제3 채널 형태라 함)이 형성된다. 이는 제1 게이트 전압(V1)과 제2 게이트 전압(V2)으로서 위의 부등식 5를 만족하는 전압을 선택하게 되면 본 발명의 플래시 메모리 소자에서 제3 채널 형태가 형성되도록 제어할 수 있음을 의미한다.That is, the first gate voltage V 1 and the second gate voltage V 2 , and the threshold voltage V THL3 of the
여기서, 제3 채널 형태의 형성 여부의 판단에는 아래의 부등식 6이 이용될 수 있다.Here, the following inequality 6 may be used to determine whether the third channel form is formed.
[부등식 6] ID2 〉IREF1, ID1 ≤ IREF2 Inequality 6 I D2 > I REF1 , I D1 ≤ I REF2
즉, 제3 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제1 드레인 전류(ID1)와 제2 게이트 전압(V2)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 6의 관계를 만족하는 경우에는 소자에 제3 채널 형태가 형성된 것으로 판단할 수 있다.That is, the drain region when the first drain current I D1 and the second gate voltage V 2 measured in the
먼저 도 6c에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가된 경우를 살펴보면, 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)을 통해서 전류가 흐르지 않으므로, 제3 프로그래밍 상태에서 제1 드레인 전류(ID1)는 제2 기준 전류(IREF2)보다 작거나 같은 값을 가지게 된다. 여기서, 등호는 제2 기준 전류(IREF2)가 바람직하게 0이 되는 경우를 상정한 것이다.Referring to the case where the first gate voltage V 1 is applied in FIG. 6C, since no current flows through the
다음으로 도 6c에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가된 경우를 살펴본다. 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 각각 제5 직선(13) 및 제6 직선(23)에 상응하여 제1 채널 전류(ICH1(2,3)) 및 제2 채널 전류(ICH2(2,3))가 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)을 통해 각각 흐른다. 따라서, 이 경우 제2 드레인 전류(ID2)(즉, ICH1(2,3) + ICH2(2,3))는 제1 기준 전류(IREF1)보다 큰 값을 가지게 된다.Next, a case in which the second gate voltage V 2 is applied to FIG. 6C will be described. As the second gate voltage V 2 is applied, the first channel current I CH1 (2, 3 ) and the second channel current I CH2 corresponding to the fifth
따라서 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 6의 관계를 만족시키는 경우에는 도6a 및 도 6b와 같은 제3 채널 형태를 가지며, 이러한 관계를 이용하면 본 발명의 플래시 메모리 소자가 제3 프로그래밍 상태(즉, 플로팅 게이트(150)에 제3 전하량(Q3)만큼의 전하가 축적된 상태)에 있는 것으로 판단(읽기)할 수 있게 된다.Therefore, when the first drain current I D1 and the second drain current I D2 satisfy the above inequality 6, the first drain current I D1 and the second drain current I D2 have a third channel shape as shown in FIGS. 6A and 6B. It is possible to determine (read) that the flash memory device of the present invention is in a third programming state (that is, a state in which charge by the third charge amount Q 3 is accumulated in the floating gate 150).
도 7a는 플로팅 게이트에 전하가 제4 전하량만큼 충전된 제4 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이고, 도 7b는 플로팅 게이트에 전하가 제4 전하량만큼 충전된 제4 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이며, 도 7c는 도 7a 및 도 7b의 제4 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프이다. 즉, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트(150)에 제4 전하량(Q4)만큼의 전하가 충전되어 있는 상태(이하, 이를 제4 프로그래밍 상태라 함)에 있는 경우를 예시한다.FIG. 7A is a diagram illustrating the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a fourth programming state in which charge is charged in a floating gate by a fourth amount of charge, and FIG. 7B is a diagram in which charge is charged in a floating gate by a fourth amount of charge. 7A and 7B illustrate the relationship between the gate voltage applied in the fourth programming state of FIGS. 7A and 7B and the measured drain current. One graph. In other words, FIGS. 7A to 7C are in a state in which the floating
도 7a를 참조하면, 제4 프로그래밍 상태에서 컨트롤 게이트(160)에 제1 게이트 전압(V1)이 인가되는 경우 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되지 않고 있다.Referring to FIG. 7A, when the first gate voltage V 1 is applied to the
도 7b를 참조하면, 제4 프로그래밍 상태에서 컨트롤 게이트(160)에 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)에만 채널이 형성되고 있다. 즉, 제4 프로그래밍 상태에서는 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제1 채널 영역(140)을 통해 흐르는 제1 채널 전류(ICH1(2,4))만이 존재하고(도 7b의 식별부호 (j) 참조), 제2 채널 영역(145)을 통해서는 전류가 흐르지 않는다.Referring to FIG. 7B, as the second gate voltage V 2 is applied to the
제4 프로그래밍 상태에서의 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)의 인가시 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)의 채널 형성 유무는 도 7c를 통해 보다 명확히 설명될 수 있다.When the first gate voltage V 1 or the second gate voltage V 2 is applied in the fourth programming state, channel formation between the
도 7c를 참조하면, 제7 직선(14)은 제4 프로그래밍 상태에서 제1 채널 영역(140)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를, 제8 직선(24)은 제4 프로그래밍 상태에서 제2 채널 영역(145)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를 대변한다. 이때, 제4 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL4)은 제3 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL3)보다 큰 값을 가지며, 제4 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH4)은 제3 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHH3)보다 큰 값을 가진다. 여기서, 제4 프로그래밍 상태에 상응하는 제4 전하 량(Q4)은 제3 프로그램 상태에 상응하는 제 전하량(Q4)보다 큰 것으로 가정한다.Referring to FIG. 7C, the seventh
또한, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제4 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL4) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH4)간에는 아래의 부등식 7과 같은 관계가 성립하고 있다.In addition, the threshold voltage V THL4 of the
[부등식 7] V1 〈 VTHL4〈 V2〈 VTHH4 Inequality 7 V 1 <V THL4 <V 2 <V THH4
따라서 제4 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가되는 경우, 제1 게이트 전압(V1)은 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL4) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH4)보다 작은 값을 가지므로, 도 7a와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되지 않는다.Therefore, the fourth case the programming state in which the first gate voltage (V 1) in applying a first gate voltage (V 1) is the threshold voltage of the first channel section (140), (V THL4) and a second channel region (145) Since the threshold voltage V THH4 is smaller than the threshold voltage V THH4 , no channel is formed in both the
제4 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가되는 경우, 제2 게이트 전압(V2)은 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL4)보다 크고 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH4)보다 작은 값을 가지므로, 도 7b와 같이 제1 채널 영역(140)에만 채널이 형성된다.The fourth programming a second gate voltage in a state when (V 2) which is applied to the second gate voltage (V 2) is first large and a second channel region (145) than a threshold voltage (V THL4) of the
즉, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제4 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL4) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전 압(VTHH4)간에 위의 부등식 7과 같은 관계가 성립하는 경우에는 도 7a 및 도 7b와 같은 형태의 채널(이하, 이를 제4 채널 형태라 함)이 형성된다. 이는 제1 게이트 전압(V1)과 제2 게이트 전압(V2)으로서 위의 부등식 7를 만족하는 전압을 선택하게 되면 본 발명의 플래시 메모리 소자에서 제4 채널 형태가 형성되도록 제어할 수 있음을 의미한다.That is, the first gate voltage V 1 and the second gate voltage V 2 , and the threshold voltage V THL4 of the
여기서, 제4 채널 형태의 형성 여부의 판단에는 아래의 부등식 8이 이용될 수 있다.Here, the following inequality 8 may be used to determine whether the fourth channel shape is formed.
[부등식 8] IREF2〈 ID2〈 IREF1, ID1 ≤ IREF2 Inequality 8 I REF2 〈I D2 〈I REF1 , I D1 ≤ I REF2
즉, 제4 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제1 드레인 전류(ID1)와 제2 게이트 전압(V2)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 8의 관계를 만족하는 경우에는 소자에 제4 채널 형태가 형성된 것으로 판단할 수 있다.That is, the drain region when the first drain current I D1 and the second gate voltage V 2 measured in the
먼저 도 7c에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가된 경우를 살펴보면, 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)을 통해서 전류가 흐르지 않으므로, 제4 프로그래밍 상태에서 제1 드레인 전류(ID1)는 제2 기준 전류(IREF2)보다 작거나 같은 값을 가지게 된다. 여기서, 등호는 제2 기준 전류(IREF2)가 바람직하게 0이 되는 경우를 상 정한 것이다.Referring to the case where the first gate voltage V 1 is applied in FIG. 7C, since no current flows through the
다음으로 도 7c에서 제2 게이트 전압(V2)이 인가된 경우를 살펴본다. 제2 게이트 전압(V2)이 인가됨에 따라 제7 직선(14)에 상응하여 제1 채널 전류(ICH1(2,4))가 제1 채널 영역(140)을 통해 흐른다. 따라서, 이 경우 제2 드레인 전류(ID2)(즉, ICH1(2,4)와 동일함)는 제2 기준 전류(IREF2)보다 크고 제1 기준 전류(IREF1)보다 작은 값을 가지게 된다.Next, a case in which the second gate voltage V 2 is applied in FIG. 7C will be described. As the second gate voltage V 2 is applied, the first channel current I CH1 (2, 4) flows through the
따라서 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 8의 관계를 만족시키는 경우에는 도7a 및 도 7b와 같은 제4 채널 형태를 가지며, 이러한 관계를 이용하면 본 발명의 플래시 메모리 소자가 제4 프로그래밍 상태(즉, 플로팅 게이트(150)에 제4 전하량(Q4)만큼의 전하가 축적된 상태)에 있는 것으로 판단(읽기)할 수 있게 된다.Accordingly, when the first drain current I D1 and the second drain current I D2 satisfy the above inequality 8, the first drain current I D1 and the second drain current I D2 have the fourth channel shape as shown in FIGS. 7A and 7B. It is possible to determine (read) that the flash memory device of the present invention is in the fourth programming state (that is, the state in which the charge corresponding to the fourth charge amount Q 4 is accumulated in the floating gate 150).
도 8a는 플로팅 게이트에 전하가 제5 전하량만큼 충전된 제5 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이고, 도 8b는 플로팅 게이트에 전하가 제5 전하량만큼 충전된 제5 프로그래밍 상태에서 제2 게이트 전압의 인가시의 채널 형성 유무를 예시한 도면이며, 도 8c는 도 8a 및 도 8b의 제5 프로그래밍 상태에서 인가된 게이트 전압과 측정된 드레인 전류와의 관계를 예시한 그래프이다. 즉, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트(150)에 제5 전하량(Q5)만큼의 전하가 충전되어 있는 상태(이하, 이를 제5 프로그래밍 상태라 함)에 있는 경우를 예시한다.8A is a diagram illustrating the presence or absence of channel formation upon application of a first gate voltage in a fifth programming state in which charge is charged in a floating gate by a fifth charge amount, and FIG. 8B is a charge in the floating gate as a fifth charge amount. 8A and 8B illustrate the relationship between the gate voltage applied in the fifth programming state of FIGS. 8A and 8B and the measured drain current. One graph. In other words, FIGS. 8A to 8C illustrate a case in which the floating
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제5 프로그래밍 상태에서 컨트롤 게이트(160)에 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)이 인가되는 경우 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되지 않고 있다. 이러한 제5 프로그래밍 상태에서의 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)의 인가시 제1 채널 영역(140)과 제2 채널 영역(145)의 채널 형성 유무는 도 8c를 통해 보다 명확히 설명될 수 있다.8A and 8B, when the first gate voltage V 1 or the second gate voltage V 2 is applied to the
도 8c를 참조하면, 제9 직선(15)은 제5 프로그래밍 상태에서 제1 채널 영역(140)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를, 제10 직선(25)은 제5 프로그래밍 상태에서 제2 채널 영역(145)에 있어서의 게이트 전압(VG)과 드레인 전류(ID)와의 관계를 대변한다. 이때, 제5 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL5)은 제4 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL4)보다 큰 값을 가지며, 제5 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH5)은 제4 프로그래밍 상태에서의 제2 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHH4)보다 큰 값을 가진다. 여기서, 제5 프로그래밍 상태에 상응하는 제5 전하량(Q5)은 제4 프로그램 상태에 상응하는 제4 전하량(Q4)보다 큰 것으로 가정한다.Referring to FIG. 8C, the ninth
또한, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제5 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL5) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH5)간에는 아래의 부등식 9과 같은 관계가 성립하고 있다.In addition, the threshold voltage V THL5 of the
[부등식 9] V2〈 VTHL5 Inequality 9 V 2 〈V THL5
따라서 제5 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)이 인가되는 경우, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)은 모두 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL5) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH5)보다 작은 값을 가지므로, 도 8a 및 도 8b와 같이 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145) 모두에 채널이 형성되지 않는다.Therefore, when the first gate voltage V 1 or the second gate voltage V 2 is applied in the fifth programming state, the first gate voltage V 1 and the second gate voltage V 2 are both the first channel.
즉, 제1 게이트 전압(V1) 및 제2 게이트 전압(V2)과 제5 프로그래밍 상태에서의 제1 채널 영역(140)의 문턱 전압(VTHL5) 및 제2 채널 영역(145)의 문턱 전압(VTHH5)간에 위의 부등식 9과 같은 관계가 성립하는 경우에는 도 8a 및 도 8b와 같은 형태의 채널(이하, 이를 제5 채널 형태라 함)이 형성된다. 이는 제1 게이트 전압(V1)과 제2 게이트 전압(V2)으로서 위의 부등식 9를 만족하는 전압을 선택하게 되면 본 발명의 플래시 메모리 소자에서 제5 채널 형태가 형성되도록 제어할 수 있음을 의미한다.That is, the threshold voltage V THL5 of the
여기서, 제5 채널 형태의 형성 여부의 판단에는 아래의 부등식 10이 이용될 수 있다.Here, the following inequality 10 may be used to determine whether the fifth channel form is formed.
[부등식 10] ID1 ≤ IREF2, ID2 ≤ IREF2.Inequality 10 I D1 ≤ I REF2 , I D2 ≤ I REF2 .
즉, 제5 프로그래밍 상태에서 제1 게이트 전압(V1)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제1 드레인 전류(ID1)와 제2 게이트 전압(V2)이 인가되었을 때 드레인 영역(130)에서 측정된 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 10의 관계를 만족하는 경우에는 소자에 제5 채널 형태가 형성된 것으로 판단할 수 있다.That is, the drain region when the first drain current I D1 and the second gate voltage V 2 measured in the
도 8c에서 제1 게이트 전압(V1) 또는 제2 게이트 전압(V2)이 인가된 경우를 살펴보면, 제1 채널 영역(140) 및 제2 채널 영역(145)을 통해서 전류가 흐르지 않으므로, 제5 프로그래밍 상태에서 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)는 제2 기준 전류(IREF2)보다 작거나 같은 값을 가지게 된다. 여기서, 등호는 제2 기준 전류(IREF2)가 바람직하게 0이 되는 경우를 상정한 것이다.Referring to the case in which the first gate voltage V 1 or the second gate voltage V 2 is applied in FIG. 8C, current does not flow through the
따라서 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 드레인 전류(ID2)가 위의 부등식 10의 관계를 만족시키는 경우에는 도8a 및 도 8b와 같은 제5 채널 형태를 가지며, 이러한 관계를 이용하면 본 발명의 플래시 메모리 소자가 제5 프로그래밍 상태(즉, 플로팅 게이트(150)에 제5 전하량(Q5)만큼의 전하가 축적된 상태)에 있는 것으로 판 단(읽기)할 수 있게 된다.Accordingly, when the first drain current I D1 and the second drain current I D2 satisfy the above inequality 10, the first drain current I D1 and the second drain current I D2 have the fifth channel shape as shown in FIGS. 8A and 8B. It is possible to determine (read) that the flash memory device of the present invention is in a fifth programming state (that is, a state in which charge as much as the fifth charge amount Q 5 is accumulated in the floating gate 150).
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다중 채널을 갖는 플래시 메모리 소자는 총 2개의 게이트 전압(VG)만을 이용하여 소자의 각 프로그래밍 상태를 읽어낼 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 채널을 갖는 플래시 메모리 소자는 2개의 게이트 전압(VG)을 각 1회씩 총 2회 인가하는 것만으로 총 5개의 프로그래밍 상태에 따른 읽기 동작을 제어할 수 있으며, 이러한 이유로 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.As described above, the flash memory device having a multi-channel according to the present invention can read out each programming state of the device using only a total of two gate voltages V G. In particular, a flash memory device having two channels according to an embodiment of the present invention can control read operations according to a total of five programming states by applying two gate voltages V G two times, one time each. For this reason, the read operation time in the flash memory device can be reduced.
여기서, 상술한 제1 프로그래밍 상태 내지 제5 프로그래밍 상태 중 어느 4개의 프로그래밍 상태는 다중 준위 플래시 메모리 소자의 경우 각각의 준위 '00', '01', '10'및 '11'과 각각 일대일 대응되어 다중 준위 플래시 메모리 소자의 프로그램에 이용될 수 있다.Herein, any four programming states among the above-described first to fifth programming states correspond one-to-one to respective levels '00', '01', '10', and '11' in the case of a multi-level flash memory device. It can be used to program multilevel flash memory devices.
이때, 각 프로그램 상태의 읽기는 소자에 인가되는 게이트 전압(VG)에 따라 측정된 드레인 전류(ID)와 미리 설정된 소정의 기준 전류와 비교를 함에 의해 간단히 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 플래시 메모리 소자에서는 상술한 바와 같이 제1 게이트 전압(V1)의 인가시의 제1 드레인 전류(ID1) 및 제2 게이트 전압(V2)의 인가시의 제2 드레인 전류(ID2)를 각각 제1 기준 전류(IREF1) 및 제2 기준 전류(IREF2)와 비교함으로써 간단하게 소자의 각 프로그래밍 상태를 확인(읽기)할 수 있다.In this case, the reading of each program state can be performed simply by comparing the drain current I D measured according to the gate voltage V G applied to the device with a predetermined reference current. That is, in the flash memory device of the present invention, the first gate voltage first drain current at the time of the application of (V 1) (I D1) and a second drain current at the time of the application of the second gate voltage (V 2), as described above By comparing (I D2 ) with the first reference current (I REF1 ) and the second reference current (I REF2 ), respectively, each programming state of the device can be easily checked (read).
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플래시 메모리 소자 및 그 읽기 동작 제어 방법에 의하면, 각각 도핑 농도가 다른 다중 채널 구조를 통하여 플래시 메모리 소자에서의 읽기 동작 시간 및 프로그램 확인 시간을 줄일 수 있고, 소자 주변의 전류 측정 회로의 전류 측정 이득(current sensing margin)을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the flash memory device and the read operation control method according to the present invention, it is possible to reduce the read operation time and the program check time in the flash memory device through a multi-channel structure having different doping concentrations, respectively, This has the effect of increasing the current sensing margin of the current measurement circuit.
이상에서는 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 쉽게 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 readily understood that modifications and variations are possible.
Claims (11)
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