Program Verification에 대한 설명

<Verification 의 표현>

 

Program Verification 이란

 

  프로그램 operation을 실행한 후에는 Verification 전압을 Control Gate에 가하면서 Verification을 하여, Program 분포가 얼마나 narrow 하게 잘 형성되었는지, 또 target program 전압의 레벨 이상으로 program이 안착하였는지 확인할 필요가 발생하고, 이런 확인하는 동작을 Program verification이라고 한다. 모든 Floating Gate가 지워진 상태일 때는 일정 레벨을 기준으로 프로그램 Verification을 실시하면, 모든 셀이 On 상태로 나타난다. 지워진 상태부터 출발하여 프로그램이 점차 진행되면서 Verification 결과에 따라, 추가적인 프로그램을 진행하여 셀들이 일정 레벨 이상으로 프로그램되면, On 상태에서 Off 상태인 "0" 셀들로 점점 많아지고, 그 결과 모든 셀이 프로그램을 완료하면 Verification 결과는 모두 전류가 흐르지 않는 Off 상태로 확인된다. 프로그램 Verification은 read operation과 목적이 다른 개념이므로, Verification 시의 인가전압 레벨은 read 레벨과는 차이가 있다. 프로그램 후에 각 셀의 프로그램이 target에 충분히 도달되었는지 알 수 있는 방법은 각 Floating Gate의 분포 별로 점검해 보아야 한다. Read 동작은 셀이 어떤 상태인지를 확인하기 위하여 단순히 읽어내는 수동적 기능인 반면, 프로그램 Verification은 프로그램 후에 기준을 정하여 셀이 프로그램이 덜 되었으면 셀에 추가로 프로그램을 더 진행하고, 셀이 충분히 프로그램되었으면 다음 프로그램을 중지하도록 inhibit 시키는, 적극적 개선 위주의 operation이다.

  프로그램은 목표로 하는 word line들의 셀 모두를 한꺼번에 프로그램하며, 그런 셀들을 모두 동시에 일률적으로 프로그램하게 되면, 프로그램이 잘 안 되는 셀을 기준으로 프로그램하여야 하므로, 셀의 문턱 전압을 확인하여 셀들이 모두 Off 될 때까지 프로그램하는데, fast 셀들은 Verification 하여 프로그램이 완료되면 ISPP를 계속하지 않고, 프로그램 완료가 확인되는 대로 그때그때 완료된 셀을 inhibit 시키는 것이 필요하다. 따라서 프로그램 시마다 프로그램 후에 프로그램 결과가 의도한 기준치에 알맞게 프로그램되었는지를, ISPP의 각 pulse를 인가할 때 매번 점검할 필요가 생겼고, 이런 activity를 프로그램 Verification이라고 한다. Verification 하여 target word line의 모든 셀이 Off 되면 해당 word line은 더 이상 프로그램을 수행하지 않도록, Y-decoder의 Verification 결과를 X-decoder에 주어서 해당 word line에 전압 인가를 중단하고, 아직 프로그램이 충분하지 않은 셀이 있는 word line은 프로그램을 추가로 할 수 있도록 전압을 계속 인가한다. 프로그램 Verification은 분포의 문턱 전압을 확인하여 문턱 전압이 reference 전압을 넘어서면 셀이 더 이상 프로그램되지 않도록 해당 bit line을 inhibit 시키고, 그 이하이면 reference 전압에 충족될 때까지 계속 프로그램시키기 때문에, 문턱 전압 분포의 왼쪽 edge에 위치한다. 반대로 지운 후에 Verification 할 때는 문턱 전압의 분포는 오른쪽에 위치한다.

  프로그램 Verification 한 후에, 문턱 전압 분포 내에서 셀들의 특성을 살펴보면, 프로그램이 잘 되는 셀의 Floating Gate에는 전자가 그만큼 잘 충전되기 때문에 문턱 전압 분포상 일반적으로 오른쪽에 위치하는 반면, 프로그램이 잘 안 되는 셀은 Floating Gate 내에 전자가 덜 충전 되기 때문에 문턱 전압이 잘 올라가지 않으므로 reference 전압 기준으로 왼쪽에 위치하는 경향이 있다.

 

 

Program Verification 시의 Time Reduction

 

  Physical 셀에는 어떤 제품, 어떤 경우이든 1개 분포 레벨에 소속되므로, 셀이 소속된 분포가 어떤 레벨의 분포인지를 판별하기 위하여는 프로그램 Verification을 실시하여 확인한다. 프로그램 분포가 잘 형성하려면, ISPP를 수행하면서, ISPP 후에는 프로그램 결과에 대하여 모든 분포 레벨에 대하여 every step Verification을 실시하여 ISPP가 성공적으로 완료되었는지를 점검하는데, 예외적인 경우로 Verification을 실행하지 않고서도 프로그램 결과를 알고 있는 경우는 프로그램 Verification을 skip 한다. 아니면 다른 operation으로 유추하여 프로그램 결과가 미리 인지될 때도 Verification을 skip 하는데, 이렇게 Verification을 하지 않으면서 프로그램을 실행하는 동작을 skip 프로그램이라 하고, 그럼 프로그램 Verification을 프로그램 skip Verification이라 한다. 이는 Verification을 하지 않고 프로그램을 진행한다는 의미에서 skip이라 지칭했다. Verification을 skip으로 처리하는 방식은 다양하다. 어떤 형태로든 프로그램 후, Verification을 실시할 필요가 없는 경우는 모두 skip 할 수 있고, 또 프로그램 Verification 횟수를 가능하면 줄이거나 skip 하는 것이 프로그램 operation 상 문제가 없으면, 프로그램 시간을 줄이는 효과적인 방법의 하나가 된다.