Read Operation에 대한 설명

Read Operation 이란?

 

  낸드플래시 메모리의 basic operation은 program, erasure, read로 나눌 수 있는데, 그중에 read operation이 가장 기본적인 동작이 된다. Read operation과 비슷한 operation으로 verification 동작이 있는데, verification 동작도 read 동작의 일종이며, verification은 프로그램 후에 프로그램 수행 여부를 확인하는 프로그램 verification과 지우기를 한 후에 잘 지워졌는지 확인하는 erasure verification이 있어서, 결국 read operation은 낸드의 majority operation area에서 모두 수행된다고 볼 수 있다. 프로그램과 지우기 후에는 verification이 필요하지만, read operation 후에는 verification을 할 필요가 없다. 이는 read 자체가 확인하는 동작이기 때문이고, 나머지 다른 프로그램과 지우기 2가지 동작에서는 동작에 관한 결과를 달리 확인할 수가 없어서 verification을 통해서만 확인할 수 있다. Read operation은 크게 sensing, amplification, output 3단계로 나뉜다. Sensing은 target cell의 상태가 프로그램 상태인지 지우기 상태인지 감지하는 단계이고, amplification은 감지된 signal이 미약한 전압 또는 전류이므로 이를 다음 단계에서 사용할 수 있도록 증폭하는 단계이며, output은 증폭된 signal을 이용하여 target cell의 상태를 호스트가 사용할 수 있도록 출력시키는 단계이다. 그런데 이 3단계는 제각기 독립적으로 분리되어 있는 것이 아니고, cell area와 peripheral area에 포진해 있으면서 상호 긴밀하게 전압과 전류를 주고받도록 연결되어 있다.

 

 

Read와 관련된 사진

 

Cell 상태의 Sensing

 

  Sensing은 크게 Cell Level에서의 sensing과 word line/bit line에서의 sensing으로 나뉠 수 있는데, cell level sensing은 cell array 내의 각 floating gate 상태를 감지하는 것이고, word line/bit line level의 sensing은 peripheral area 내의 전압 조건과 input 전압 조건에 따른 전류의 상태를 확인하여, On cell 혹은 Off cell 여부를 판정하는 동작이다. 낸드 operation의 핵심요소인 프로그램 분포와 지우기 분포의 속성도 결국, cell을 read 한 문턱 전압값을 확률분포로 표현한 것으로서, 통계상 확률분포의 의미가 낸드플래시에서의 셀 특성상의 문턱 전압 확률분포의 의미 그대로 활용된다. 문턱 전압과 같은 특성적 factor 측정치들의 전제조건은, string 내에서 address가 select 된 target cell에 대한 data만 해당하고, target cell 이외의 string 내의 다른 unselect cell은 pass 트랜지스터로서만 역할을 하여, pass 트랜지스터들은 측정되지도 않을 뿐 아니라 분포 data에서도 제외된다. 그러나 string 동작이므로 pass 트랜지스터들도 ascending 하게 address accessing 되므로 차례로 target 트랜지스터가 된다.

  Read는 분포와 분포 사이의 임의의 전압을 read 한 결과로 분포의 종류와 위치를 판별해 낸다. 보통 지워진 셀과 프로그램 셀 사이의 임의의 문턱 전압 값을 택하여, bias 전압으로 target 트랜지스터의 gate에 인가함으로써, 알고자 하는 cell을 read해 보면, cell이 지워진 상태인지 아니면 프로그램된 상태인지 알 수 있다. 지우기 분포와 프로그램 분포 사이의 전압을 selection 하여 read 한 결과로, read 전압의 양쪽 side 분포가 프로그램이면 어떤 종류의 프로그램 분포인지, 분포가 어느 정도 오른쪽 혹은 왼쪽으로 shift 되었는지까지도 확인할 수 있다. Floating Gate에 정공이 충전되어 있으면, N-Channel을 잘 형성하여서, gate 전압으로 문턱 전압 분포보다 높은 전압을 가하면 전류가 흐른다. 다른 프로그램 분포들도 동일한 방법으로 read를 수행한다.

  단순히 지워진 셀과 프로그램된 셀만 구분한다고 하면, 특정 Read 전압을 인가한 후에 전류가 흐르면 On cell 혹은 지워진 셀이라 하고, 전류가 흐르지 않으면 Off cell 혹은 프로그램된 셀로 판단한다. 좀 더 세부적으로 해석하면, 셀을 동작시키기 위하여 가하는 bias 전압인 Read 전압보다 작은 전압값이 소속된 분포는 On Cell이 되고, Read 전압값보다 큰 문턱 전압값이 소속된 분포 혹은 분포 내의 각 cell은 Off cell이 된다. Cell이 프로그램되었다는 것은 Floating Gate에 전자들이 채워져 있다는 것이고, 전자가 채워져 있으면 Floating Gate에 충전된 전자량에 비례하여, gate 전압으로 프로그램 시의 문턱 전압이 상승한다. Read 전압의 의미는 Erasure 분포든 Program 분포든, 분포로 인하여 형성된 어떤 channel 상태이든, 인가된 read 용 전압 level에 의하여 N-Channel의 형성 여부가 결정되므로, 드레인 전류의 흐르는지가 최종 판단된다.