KR20080062720A - Method of programming nand flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 낸드 플래시 메모리소자의 소거된 셀 및 프로그램된 셀의 워드라인전압, 리드전압 및 셀 전압 분포 사이의 관계를 나타내 보인 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a relationship between word line voltages, read voltages, and cell voltage distributions of erased and programmed cells of a NAND flash memory device.
도 2는 증분 스텝 펄스 프로그램(ISPP)을 이용한 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a method of programming a NAND flash memory device using an incremental step pulse program (ISPP).
도 3은 낸드 플래시 메모리소자의 오버-프로그램 문제를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.3 is a diagram illustrating an over-program problem of a NAND flash memory device.
도 4는 낸드 플래시 메모리소자의 셀 어레이 구조를 나타내 보인 도면이다.4 is a diagram illustrating a cell array structure of a NAND flash memory device.
도 5는 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로차트이다.5 is a flowchart illustrating a program method of a NAND flash memory device according to the present invention.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 적용되는 증분 스텝 펄스 프로그램(ISPP) 펄스를 나타내 보인 도면들이다.6 to 8 illustrate incremental step pulse program (ISPP) pulses applied to a method of programming a NAND flash memory device according to the present invention.
본 발명은 메모리소자에 관한 것으로서, 특히 오버-프로그램(over-program) 이 억제되도록 하는 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to memory devices, and more particularly, to a method of programming a NAND flash memory device such that over-program is suppressed.
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)과 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.
도 1에는 낸드 플래시 메모리소자의 소거된 셀 및 프로그램된 셀의 워드라인전압(Vword), 리드전압(Vread) 및 셀 전압 분포(Vth) 사이의 관계를 도시되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 소거된 셀은 네가티브 셀 전압 분포(Vth)를 갖고, 프로그램된 셀은 포지티브 셀 전압 분포(Vth)를 갖는다. 워드라인 전압(Vword) 전압이 컨트롤게이트에 인가됨에 따라, 소거된 셀은 턴 온 되어 온-셀이 되고 프로그램된 셀은 턴 오프 되어 오프-셀이 된다.FIG. 1 shows the relationship between the word line voltage Vword, the read voltage Vread, and the cell voltage distribution Vth of the erased and programmed cells of the NAND flash memory device. As shown in FIG. 1, the erased cell has a negative cell voltage distribution Vth, and the programmed cell has a positive cell voltage distribution Vth. As the word line voltage Vword is applied to the control gate, the erased cell turns on and becomes on-cell and the programmed cell turns off and becomes off-cell.
통상적으로 셀 전압 분포(Vth)는 증분 스텝 펄스 프로그램(Incremental Step Pulse Program; 이하 ISPP)에 의해 제어된다. 도 2에는 ISPP에서의 펄스가 도시되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 첫 번째 프로그램 기간동안에는 시작 전압, 예컨대 15V의 전압을 사용한다. 그리고 최종적으로 최종 전압, 예컨대 19V에 도달될 때까지 이어지는 프로그램 기간마다 스텝 펄스, 예컨대 0.5V씩 증가된 전압을 사용한다. 비록 도면에는 나타내지 않았지만, 프로그램 기간 사이의 확인(verify) 기간에는 일정한 전압, 예컨대 1.2V의 전압을 인가하여 프로그램 확인을 수행한다.Typically, the cell voltage distribution Vth is controlled by an incremental step pulse program (ISP). 2 shows the pulses at the ISPP. As shown in Fig. 2, a starting voltage, for example, a voltage of 15V is used during the first program period. And finally use a step pulse, for example a voltage increased by 0.5V, for each subsequent program period until the final voltage, for example 19V, is reached. Although not shown in the figure, program verification is performed by applying a constant voltage, for example, a voltage of 1.2V, in the verify period between program periods.
도 3은 낸드 플래시 메모리소자의 오버-프로그램 문제를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 셀 문턱전압(Vth)이 리드 전압(Vread)보다 큰 경우에 낸드 셀 스트링에서의 정상적인 리드 동작이 적절하게 이루어지지 않을 수 있다. 이와 같은 오버-프로그램이 생기는 원인으로는 여러 가지가 있을 수 있지만, 일 예로서 같은 프로그램 전압이 인가되더라도 다른 셀에 비하여 상대적으로 빠르게 문턱전압이 증가하는 패스트 셀(fast cell)이 존재하기 때문이다.3 is a diagram illustrating an over-program problem of a NAND flash memory device. As shown in FIG. 3, when the cell threshold voltage Vth is greater than the read voltage Vread, the normal read operation in the NAND cell string may not be performed properly. There may be various causes of such an over-program, but as an example, there is a fast cell in which the threshold voltage increases relatively faster than other cells even when the same program voltage is applied.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 오버-프로그램 발생이 억제되도록 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 for programming a NAND flash memory device in which over-program generation is suppressed.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법은, 프로그램 하고자 하는 셀이 포함된 블럭에 제1 프로그램 전압을 인가하여 프로그램을 수행하는 단계; 상기 프로그램이 수행된 블록에 대해 리드를 수행하여 오버-프로그램 발생 여부를 판단하는 단계; 및 상기 오버-프로그램이 발생한 블럭에 대해 상기 제1 프로그램 전압보다 낮은 제2 프로그램 전압을 인가하여 상기 프로그램을 다시 수행하고, 상기 오버-프로그램이 발생하지 않은 블럭 에 대해서는 시작전압을 유지하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a program method of a NAND flash memory device according to the present invention includes: performing a program by applying a first program voltage to a block including a cell to be programmed; Determining whether an over-program occurs by performing a read operation on a block on which the program is performed; And performing the program again by applying a second program voltage lower than the first program voltage to the block on which the over-program has occurred, and maintaining a start voltage on a block on which the over-program has not occurred. do.
상기 제1 및 제2 프로그램 전압은 증분 스텝 펄스 프로그램(ISPP) 방식으로 인가할 수 있다.The first and second program voltages may be applied in an incremental step pulse program (ISPP) scheme.
상기 오버-프로그램이 발생한 블록의 블록 어드레스를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include storing a block address of a block in which the over-program has occurred.
상기 블록 어드레스는 스페어 셀 또는 스페어 블록에 저장시킬 수 있다.The block address may be stored in a spare cell or a spare block.
상기 제2 프로그램 전압은 상기 제1 프로그램 전압에 비해 0.25V 단위로 감소할 수 있다.The second program voltage may be reduced by 0.25V relative to the first program voltage.
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 4에는 낸드 플래시 메모리소자의 셀 어레이 구조의 일 예가 도시되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 셀 어레이는 제1 셀 스트링(410) 및 제2 셀 스트링(420)을 포함한다. 비록 도면에는 2개의 셀 스트링만을 나타내었지만, 이는 설명의 간단을 위한 예시적인 것으로서 실질적으로는 보다 많은 복수개의 셀 스트링들(cell strings)을 포함한다. 경우에 따라서 셀 스트링을 낸드 스트링(NAND string)으로 부르기도 한다. 제1 셀 스트링(410)은 제1 비트라인(BL1)과 공통소스라인(CSL) 사이에 배치된다. 제2 셀 스트링(420)은 제2 비트라인(BL2)과 공통소스라인(CSL) 사이에 배치된다. 제1 비트라인(410)은 제1 페이지버퍼(PB1)(430)에 연 결된다. 제2 비트라인(420)은 제2 페이지버퍼(PB2)(440)에 연결된다. 제1 셀 스트링(410) 및 제2 셀 스트링(420)은 동일한 구조로 이루어지는데, 공통 드레인/소스영역으로 직렬 연결되는 스트링선택트랜지스터(411/421), 복수개의 셀트랜지스터(413/423)들 및 소스선택트랜지스터(412/422)를 포함한다. 스트링선택트랜지스터(411/421)의 게이트는 드레인선택라인(DSL)에 연결되고, 셀트랜지스터(413/423)의 게이트는 워드라인(WL)에 연결되며, 그리고 소스선택트랜지스터(412/422)의 게이트는 소스선택라인(SSL)에 연결된다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 비트라인 실딩 기술의 적용을 위해 비트라인을 이븐(even) 비트라인 및 오드(odd) 비트라인으로 구분하는 경우에는, 셀트랜지스터(413/423)를 이븐 비트라인과 오드 비트라인에 번갈아 가면서 배치시키고 이븐 비트라인과 오드 비트라인을 하나의 페이지버퍼에 연결시킨다.4 illustrates an example of a cell array structure of a NAND flash memory device. As shown in FIG. 4, the cell array includes a
이와 같은 셀 어레이를 갖는 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 및 리드는 페이지(page) 단위로 이루어지고, 소거는 블록(block) 단위로 이루어지는 것이 일반적이다. 통상적으로 1 블록은 32 페이지 또는 64 페이지로 구성되지만, 집적도 증가에 따라서 보다 많은 페이지로 구성될 수도 있다. 페이지 단위로 프로그램 함에 따라 동일한 페이지에 속하는 셀트랜지스터들 중 패스트 셀에 속하는 셀트랜지스터는 ISPP의 시작전압에 의해서도 문턱전압이 크게 증가하여 오버-프로그램될 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 이와 같이 패스트 셀이 존재하여 오버-프로그램되는 셀트랜지스터가 포함되어 있는 블록에 대해서는 낮은 시작전압을 사용하여 ISPP 프로그램을 수행한다.Programs and reads of NAND flash memory devices having such cell arrays are generally made in page units, and erase is generally made in blocks. Typically, one block is composed of 32 pages or 64 pages, but may be composed of more pages as the density increases. As the program is programmed in units of pages, the cell transistors belonging to the fast cell among the cell transistors belonging to the same page may be over-programmed because the threshold voltage increases greatly by the start voltage of the ISPP. Therefore, in this embodiment, the ISPP program is performed using a low start voltage for a block including a cell transistor that is fast-existed and over-programmed.
도 5에는 이와 같은 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법이 도시되어 있다. 또한 도 6 내지 도 8에는 ISPP 펄스가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 먼저 소거동작을 수행한다(단계 510). 소거동작은 블록 단위로 이루어진다. 다음에 ISPP를 이용한 프로그램 동작을 수행한다(단계 520). 즉 도 6에 나타낸 바와 같이, 프로그램 전압(Vpgm)으로서 16V의 시작 전압을 선택된 워드라인에 인가하고, 반면에 선택되지 않은 워드라인에는 패스전압(Vpass)으로서 10V의 전압을 인가한다. 다음에 프로그램 확인을 수행한다(단계 530). 프로그램 확인 결과 프로그램 확인이 패스(pass)되었는지를 판단한다(단계 540). 이 판단에서 프로그램 확인이 패스되지 않은 경우에는 0.5V의 스텝펄스(△V)를 더한 16.5V를 프로그램 전압(Vpgm)으로 하여 단계 520의 프로그램을 다시 수행한다.5 illustrates a program method of such a NAND flash memory device. 6 to 8 also show ISPP pulses. Referring to FIG. 5, an erase operation is first performed (step 510). The erase operation is performed in blocks. Next, a program operation using an ISPP is performed (step 520). That is, as shown in FIG. 6, a starting voltage of 16 V is applied to the selected word line as the program voltage Vpgm, while a voltage of 10 V is applied as the pass voltage Vpass to the unselected word lines. A program check is then performed (step 530). As a result of the program check, it is determined whether the program check is passed (step 540). If the program check is not passed in this judgment, the program of
상기 판단 결과 프로그램 확인이 패스된 경우에는 블록 단위의 리드를 수행한다(단계 550). 리드 결과 블록 내의 셀에 오버-프로그램이 발생하였는지를 판단한다(단계 560). 이 판단은 워드라인에 리드 전압(Vread)을 인가하여 오프되는 셀이 있는지에 따라 결정된다. 오프되는 셀이 없는 경우에는 오버-프로그램이 발생하지 않은 경우이고, 반면에 오프되는 셀이 있는 경우에는 오버-프로그램이 발생한 경우이다. 이 판단에서 오버-프로그램이 발생한 경우에는, 즉 패스트 셀이 존재하는 경우에는 블록 어드레스를 저장한다(단계570). 블록 어드레스는 여분의 스페어 셀(spare cell)이나 스페어 블록(spare block)에 저장한다. 그리고 시작전압을 16V에서 0.25V 적은 15.75V로 감소시킨다(단계 580). 그리고 단계 510의 블록 단위의 소거를 수행한 후에, 도 7에 나타낸 바와 같이 15.75V를 시작 전압으로 하여 프로 그램 동작을 수행한다(단계 520). 구체적으로 프로그램 전압(Vpgm)으로서 15.75V의 시작 전압을 선택된 워드라인에 인가하고, 반면에 선택되지 않은 워드라인에는 패스전압(Vpass)으로서 10V의 전압을 인가한다. 다음에 프로그램 확인을 수행한다(단계 530). 프로그램 확인 결과 프로그램 확인이 패스(pass)되었는지를 판단한다(단계 540). 이 판단에서 프로그램 확인이 패스되지 않은 경우에는 0.5V의 스텝펄스(△V)를 더한 16.25V를 프로그램 전압(Vpgm)으로 하여 단계 520의 프로그램을 다시 수행한다. 상기 판단 결과 프로그램 확인이 패스된 경우에는 단계 550의 블록 단위의 리드를 수행하고, 이어서 단계 560의 오버-프로그램 발생 여부를 판단한다.If the program check passes as a result of the determination, a block unit read is performed (step 550). It is determined whether an over-program has occurred in a cell in the read result block (step 560). This determination is determined by whether there is a cell that is turned off by applying the read voltage Vread to the word line. If there is no cell to be off, the over-program does not occur, whereas if there is a cell to be off, it is the case that over-program has occurred. If the over-program occurs in this determination, i.e., if a fast cell exists, the block address is stored (step 570). The block address is stored in an extra spare cell or spare block. The starting voltage is then reduced from 16V to 0.25V less by 15.75V (step 580). After erasing in units of blocks in
상기 판단에서 오버-프로그램이 발생한 경우에는, 즉 패스트 셀이 존재하는 경우에는 블록 어드레스를 저장한다(단계570). 그리고 시작전압을 15.75V에서 0.25V 적은 15.50V로 감소시킨다(단계 580). 그리고 단계 510의 블록 단위의 소거를 수행한 후에, 도 8에 나타낸 바와 같이 15.50V를 시작 전압으로 하여 프로그램 동작을 수행한다(단계 520). 구체적으로 프로그램 전압(Vpgm)으로서 15.50V의 시작 전압을 선택된 워드라인에 인가하고, 반면에 선택되지 않은 워드라인에는 패스전압(Vpass)으로서 10V의 전압을 인가한다. 다음에 프로그램 확인을 수행한다(단계 530). 프로그램 확인 결과 프로그램 확인이 패스(pass)되었는지를 판단한다(단계 540). 이 판단에서 프로그램 확인이 패스되지 않은 경우에는 0.5V의 스텝펄스(△V)를 더한 16.00V를 프로그램 전압(Vpgm)으로 하여 단계 520의 프로그램을 다시 수행한다. 상기 판단 결과 프로그램 확인이 패스된 경우에는 단계 550의 블록 단위의 리드를 수행하고, 이어서 단계 560의 오버-프로그램 발생 여부를 판단한다.When the over-program occurs in the determination, i.e., when the fast cell exists, the block address is stored (step 570). The starting voltage is then reduced from 15.75V to 15.50V less 0.25V (step 580). After erasing in units of blocks in
이와 같은 과정은 오버-프로그램이 발생하지 않을 때까지 반복적으로 수행한다. 오버-프로그램이 발생하지 않게 되면, 비록 패스트 셀이 존재하더라도 감소된 시작 전압을 이용한 프로그램 동작에 의해 패스트 셀이 리드 전압(Vread)보다 큰 문턱전압을 갖지 않는다는 것을 의미하게 되며, 따라서 오버-프로그램에 의한 부적절한 리드 동작의 발생이 억제된다.This process is performed repeatedly until no over-program occurs. If the over-program does not occur, it means that the fast cell does not have a threshold voltage greater than the read voltage Vread by the program operation with the reduced start voltage even if the fast cell exists, and thus the over-program Occurrence of an inappropriate read operation is suppressed.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 낸드 플래시 메모리소자의 프로그램 방법에 따르면, 프로그램을 수행한 후에 블록단위의 리드를 수행하여 오버-프로그램 발생 여부를 판단하고, 오버-프로그램이 발생한 경우 블록 어드레스를 저장한 후에 다시 프로그램시에는 시작 전압을 감소시켜 프로그램을 수행함으로써 오버-프로그램 발생을 억제할 수 있다는 이점이 제공된다.As described above, according to the program method of the NAND flash memory device according to the present invention, after performing a program, a block unit read is performed to determine whether an over-program occurs, and when an over-program occurs, a block address is determined. When saving and reprogramming after saving, the advantage is that the occurrence of over-programming can be suppressed by reducing the starting voltage to perform the program.
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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