Vpass와 Read Disturbance 그리고, Read와 Verify의 차이

Vpass 전압 이란

 

  Vpass 전압은 Cell들이 어떠한 환경 아래에서도 pass 되는 전압을 의미한다. Read 기능을 수행하는 데 있어서 전제조건은 같은 string에 매달려있는 Pass 트랜지스터들은 항상 전류가 흐르는 조건이어야, target cell들의 측정이 가능하다. 이때 string 내의 pass 용도의 모든 Floating Gate 셀들이 pass 되도록 할 수 있는 전압 치를 Vpass 전압이라고 한다. 즉, Unselected cell들이 program 혹은 erasure 등 어떤 상태로 되어있든 상관없이, bit line의 string에 달린 unselected cell 들의 gate에 적당히 높은 전압을 가하여, unselected cell 들이 모두 전류가 흐르도록 조정되어야 한다. Read는 page 단위로 진행되므로, access 된 page 이외에, access 되지 않은 page에 해당하는 cell들에는 gate에 Vpass 전압이 가해져서, read 동작 시에 모든 unselected cell들이 OFF 트랜지스터가 되지 않게 하여야 한다.

 

 

Vpass 전압과 관련된 사진

 

Read Disturbance 란

 

  String 상의 unselected cell은 곧 unselected cell이 포함된 word line도 같이 적용되므로, 한 번에 많은 수의 cell들의 gate에 동시에 pass biasing이 가해지고, 그런 전압들이 같이 변화하면 의도했든 의도하지 않았든 간에 인접 cell에 disturbance 영향을 끼친다. 이렇게 해서 발생한 disturbance를 read disturbance라고 한다. Pass read bias 전압 level을 너무 높이면, 인접 셀들의 floating gate에 원하지 않은 전자들이 충전되어 프로그램되지 않아야 할 cell이 엉뚱하게 프로그램되기도 한다. 따라서 pass read bias 전압 level은 높으면서도 동시에 되도록 낮아야 read disturbance가 드물게 발생하지만, 너무 낮추면 거꾸로 turn on 되어야 할 cell이 turn off 될 가능성이 커진다. Pass 트랜지스터가 Off 되면, 지워진 셀이건 프로그램된 셀이건 read 자체가 불가능해지는 것은 물론이고, target 트랜지스터가 지워진 상태임에도 프로그램된 상태로 잘못 읽힐 수가 있다.

  SLC는 분포가 총 2개밖에 되지 않아서 Control이 쉽지만, MLC만 해도 분포가 총 4개가 되고, TLC는 총 8개가 되어 의도하지 않은 전자들이 충전되지 않도록 해야 하는 부담이 증가한다. 즉, Cell 당 bit 수가 증가할수록 trade-off burden이 커진다. Read Operation뿐만이 아니고, 프로그램 operation 시의 Pass 트랜지스터에 전압을 인가하는 때도 유사한 영향을 끼친다.

 

 

Read와 Verification의 차이

 

  Read는 단어 뜻 그대로 읽어낸다는 것이고 verification은 검증한다는 의미로, erasure verification은 cell이 지우기가 잘 되어 있는지 검증하는 것이고 program verification은 cell이 프로그램 잘 되어 있는지 검증한다는 것이다. Read이라는 의미는 DRAM이나 NAND 모두 같이 읽어낸다는 의미로 쓰이지만, DRAM에서는 verification이라는 용어는 사용하지 않는다. Read와 verification의 같은 점은, 각 셀에 전압 bias를 가하고, 그에 따라서 흐르는 전류 상태를 점검하여 cell 내의 Floating Gate가 프로그램 상태인지 지워진 상태인지를 알아내는 동작이다. 다른 점은 read는 cell이 On Cell인지 Off cell인지 알아내는 것이 목적이고, verification은 프로그램 혹은 지우기 각각의 operation들이 목적에 맞게 target 문턱 전압 분포 구간 이내에 안착하여 있는지 확인한다는 데 있어서, 서로 목적이 다르다.

  즉, read는 cell이 지워진 셀인지 프로그램된 셀인지, 혹은 지우기 분포/프로그램 분포의 위치를 확인하여 binary code를 data로 decoding 하기 위한 logical level의 operation이고, verification은 분포의 시작위치를 설정하고 폭을 조절하는 physical level의 기능을 한다. Read는 분포 폭을 줄이기 위한 목적에는 관심이 없고, operation이 모두 완료 후, 분포가 좌우로 어느 곳에 있었는지 확인하기 위한 목적으로 분포와 분포의 중간 Point를 읽는다. Verification은 프로그램 혹은 지우기 완료 후에, Cell이 Target 문턱 전압에 달성되었는지 확인하는 것으로 분포의 edge를 읽는다. Verification 시에는, 프로그램 분포일 경우는 분포의 left edge를 probing하고, erasure 분포일 경우는 분포의 right edge를 probing한다. ISPP 시의 verification은 각 step 후에 실시하면서 분포 폭을 좁히기 위하여 cell 별로 inhibit 셀로 설정하기 위함이고, ISPE 시의 verification은 각 step 후에 실시하면서 지우기 분포 폭을 좁히기 위하여 block 별로 inhibit block으로 설정하기 위함이다. 따라서 read 전압과 verification 전압의 차이가 지우기 분포 혹은 프로그램 분포 margin의 절반이 되고, 분포 margin이 클수록 낸드 동작은 안정적이 된다.