Cell과 Bit Line의 Inhibit 동작에 대한 이해

<inhibit 관련 사진>

 

Inhibit 동작에 대한 설명

 

  Inhibit이란 activity가 발생되지 않도록 막는 것을 말하며, 낸드는 inhibit operation을 자주 사용한다. inhibit은 Cell inhibit, Bit line inhibit, block inhibit이 있다. 프로그램 시에는 Cell inhibit과 Bit Line inhibit을 사용하고, 지우는 동작에서는 block을 inhibit 시켜서 target block 이외 block의 지우기를 막는다. 칩의 write protection도 chip의 프로그램 동작이 불가능하도록 하는 chip inhibit의 일종인 것이다.

 

 

 

Cell Inhibit과 Bit Line Inhibit에 대한 설명

  Cell Inhibit의 목적은 프로그램이 완료된 셀의 Floating Gate에 더 이상 프로그램되지 않도록 보호하기 위해서다. ISPP를 진행하면서 프로그램 verification을 하여, 우리가 원하는 target criteria에 들어간 셀을 inhibit 시켜서 더 이상 프로그램이 진행되지 못하게 한다. 추가 프로그램을 진행하고 하지 않고는 기준 레벨인 특정 전압을 확인하여, 그 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 셀에 대해서는 Control Gate 단자에 더이상 프로그램 전압이 인가하지 않도록 조절함으로써, cell by cell로 inhibit을 시킨다. Inhibit 되는 셀의 Floating Gate에는 10V 이하의 전위차이가 형성되도록 input bias condition을 설정한다. Inhibit 단계로는, 프로그램이 완료된 순서에 따라 차례로 셀의 bit line에 특정 전압(Vcc)을 인가하여, 더 높은 레벨의 프로그램용 고전압 pulse가 프로그램 완료된 셀의 gate에 인가되어도, 해당되는 주소의 셀이 속한 bit line 자체가 self-boosting 되어 target 셀이 프로그램 inhibit 되도록 한다. 맨 먼저 fast 셀을 inhibit 시켰으면, 다음으로는 중간속도로 프로그램되는 cell들이 프로그램 완료되어 inhibit 되고, 최종적으로 가장 늦게 프로그램 완료된 slow 셀들이 프로그램 inhibit 됨으로써 프로그램이 완료된다. 즉, 셀 inhibit에서는 셀의 inhibit에 앞서서, 셀의 문턱 전압 verification을 수행하여 verification level이 target level보다 높으면 자동적으로 프로그램 operation이 멈춰지도록 하여, target 셀의 Control Gate에 다음 스텝의 Pulse를 인가해도, 더 이상 프로그램이 진행되지 않도록 해당 Cell을 inhibit 시킨다.

  Bit Line Inhibit은 공통 Word Line의 같은 page 상의 프로그램 전압을 동시에 인가하는 조건하에서, 프로그램 시의 bit Line inhibit은 bit line 별로 전압을 조절하여, inhibit 한다. Inhibit operation은 inhibit 하려는 bit line에 특정 전압(Vcc)을 인가하여, string에 초입에 있는 트랜지스터를 off 시킴으로써, channel의 self-voltage boosting 현상을 발생하게 함으로써, bit line에 연결된 string 전체를 inhibit 시킨다. 셀 inhibit과 bit line inhibit은 근본적으로는 같은 현상으로서, bit line을 inhibit 시킴으로써 프로그램 완료된 셀이 inhibit 된다. 낸드의 string 구조에서는 셀 자체를 inhibit 시킬 수 없는 구조이므로, bit line 방향으로는 bit line 전체를 inhibit 시키고, page 방향으로는 program 시에 사용하는 동일 프로그램 전압을 인가한다. Inhibit operation의 목적은 해당 area를 무력화시키는 것이지만, 프로그램 동작에서의 inhibit의 본질은 self-boosting이다. 아무리 word line 방향의 Floating Gate에 전압을 hige pulse로 인가해도, Floating Gate가 프로그램되지 않도록, bit line 방향으로 self-voltage boosting 방식을 이용하여, target 셀의 Control Gate 전압과 기판 전압의 potential 차이를 프로그램될 수 있는 전압 이하로 유지하게 시키면, target Floating Gate가 더 이상 프로그램되지 않는다. 또한, inhibit 된 bit line으로부터 전압이 빠지지 않도록 SSL 트랜지스터 gate에는 0V를 인가하여 SSL 트랜지스터를 OFF 시킨다. 따라서 셀 Inhibit, bit line inhibit, self-boosting은 모두 같은 내용이면서, 또 각각의 관점에서는 약간씩 다른 기능과 목적을 갖고 있다. 프로그램과 지우기 동작이 완료된 후, inhibit을 걸어서 더 이상 필요 없는 셀, bit line, block이 같은 동작을 수행하지 못하도록 강제할 수 있는 inhibit operation도 플래시만이 갖고 있는 특성이다. 여기서 self-boosting은 외부와 단락된 상태에서 inhibit bit line의 기판에 대한 자발적인 승압 효과이다.