KR100606531B1 - Driving method of flash memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 출원인이 제안한 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법에 관한 것으로서,The present invention relates to a method for driving a flash memory device proposed by the present applicant,
본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 구동방법은 복수개의 비트라인과 연결되는 소스/드레인 영역을 구비하는 반도체 기판 상에 소스 및 드레인 영역에 각각 제 1 블록 산화막이 구비되고, 상기 각각의 제 1 블록 산화막 상에 플로팅 게이트가 형성되며, 상기 소스/드레인 영역 사이의 반도체 기판 상에 복수개의 워드라인과 연결되는 콘트롤 게이트가 구비된 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법에 있어서, 상기 복수개의 워드라인에 음(-)의 전압을 인가하고, 상기 기판에 0V 또는 양(+)의 전압을 인가하며, 상기 복수개의 비트라인은 플로팅시켜 상기 플로팅 게이트의 전자들을 상기 반도체 기판의 채널 영역쪽으로 소거하는 단계;와, 프로그램이 필요한 특정 셀이 존재하는 해당 워드라인에 양(+)의 전압을 인가하고, 기타 워드라인에 0V를 인가하며, 프로그램이 필요한 특정 셀이 존재하는 해당 비트라인에 양(+)의 전압을 인가하고, 기타 비트라인 및 기판에 0V를 인가함으로써 상기 기판의 채널에 존재하는 전자들이 상기 특정 셀의 콘트롤 게이트에 주입하는 프로그램 단계;와, 상기 특정 셀의 워드라인에 기준 전압을 인가하고 상기 특정 셀의 비트라인에 양(+)의 전압을 인가하며, 기타 워드라인, 비트라인 및 기판에 0V를 인가하여, 상기 특정 셀의 프로그램 또는 소거 상태를 파악하는 리드 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In a method of driving a flash memory device according to the present invention, a first block oxide film is provided in each of a source and a drain region on a semiconductor substrate having a source / drain region connected to a plurality of bit lines, and each of the first block oxide films is provided. A method of driving a flash memory device having a floating gate formed thereon and having a control gate connected to a plurality of word lines on a semiconductor substrate between the source / drain regions, the negative gate of the plurality of word lines. And applying a voltage of 0 V or a positive voltage to the substrate, and floating the plurality of bit lines to erase electrons of the floating gate toward a channel region of the semiconductor substrate. Apply a positive voltage to the corresponding wordline where the specific cell is needed, apply 0V to the other wordline, and program A program step of injecting electrons present in the channel of the substrate into the control gate of the specific cell by applying a positive voltage to the corresponding bit line where the specific cell is needed and applying 0 V to the other bit line and the substrate And a reference voltage is applied to the word line of the specific cell, a positive voltage is applied to the bit line of the specific cell, and 0V is applied to other word lines, the bit line, and the substrate. And a read step of identifying a program or erase state.
플래쉬 메모리, 프로그램, 소거Flash memory, program, erase
Description
도 1은 종래 기술에 따른 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자 중 ETOX 구조를 갖는 메모리 소자의 구조 단면도.1 is a cross-sectional view of a memory device having an ETOX structure among floating gate series nonvolatile memory devices according to the related art.
도 2는 종래의 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자를 이용한 프로그램 및 소거 과정 진행시 문턱 전압 대비 메모리 셀의 개수 분포를 나타낸 그래프.2 is a graph illustrating the distribution of the number of memory cells to a threshold voltage during a program and erase process using a non-volatile memory device of a conventional floating gate series.
도 3은 본 발명의 실시예를 구현하기 위한 플래쉬 메모리 소자의 구조 단면도.3 is a structural cross-sectional view of a flash memory device for implementing an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 회로도.4 is a circuit diagram of a flash memory device according to the present invention.
도 5는 반 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 구동 과정에 인가되는 전압을 나타낸 참고도.5 is a reference diagram illustrating a voltage applied to a driving process of a flash memory device according to an exemplary embodiment.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
301 : 반도체 기판 302 : 제 1 블록 산화막301
303 : 플로팅 게이트 304 : 게이트 절연막303: floating gate 304: gate insulating film
305 : 제 2 블록 산화막 306 : 콘트롤 게이트305: second block oxide film 306: control gate
307 : 산화막 308 : 스페이서307: oxide film 308: spacer
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 출원인이 제안한 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a flash memory device, and more particularly, to a method of driving a flash memory device proposed by the present applicant.
반도체 메모리 소자 중에서 기능적으로 가장 이상적인 소자는, 사용자가 임의로 전기적인 방법에 의해 기억상태를 스위칭하여 용이하게 프로그래밍할 수 있으며 전원이 제거되어도 메모리 상태를 그대로 유지할 수 있는 비휘발성(non-volatile)의 메모리 소자이다. 현재, 공정기술 측면에서 볼 때 비휘발성 메모리 소자는 크게 플로팅 게이트(floating gate) 계열과 두 종류 이상의 유전막이 2중, 3중으로 적층된 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 계열로 구분된다.The most functionally ideal among the semiconductor memory devices is a non-volatile memory that can be easily programmed by a user by arbitrarily switching the memory state by an electric method and maintaining the memory state even when the power supply is removed. Element. At present, in terms of process technology, nonvolatile memory devices are classified into a floating gate series and a metal-insulator-semiconductor (MIS) series in which two or more kinds of dielectric layers are stacked in double or triple layers.
상기 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자는 전위 우물(potential well)을 이용하여 메모리 특성을 구현하며, 현재 플래쉬 EEPROM(Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory)으로 가장 널리 응용되고 있는 ETOX(EPROM Tunnel Oxide) 구조가 대표적이다. 반면, 상기 MIS 계열의 비휘발성 메모리 소자는 유전막, 벌크, 유전막-유전막 계면 및 유전막-반도체 계면에 존재하는 트랩을 이용하여 메모리 기능을 수행한다. The floating gate series nonvolatile memory device implements memory characteristics by using potential wells, and is currently the most widely used flash EEPROM (EPROM Tunnel Oxide) structure. Is representative. In contrast, the MIS-based nonvolatile memory device performs a memory function by using traps present at the dielectric layer, the bulk layer, the dielectric layer-dielectric layer interface, and the dielectric layer-semiconductor interface.
상기 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자의 대표적인 구조와 그를 이용한 프로그램(program) 방법 및 소거(erase) 방법을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래 기술에 따른 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자 중 ETOX 구조를 갖는 메모리 소자의 구조 단면도이다.A representative structure of the floating gate-based nonvolatile memory device, a program method and an erase method using the same are described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view illustrating a memory device having an ETOX structure among floating gate series nonvolatile memory devices according to the related art.
도 1에 도시한 바와 같이, p형 반도체 기판(101) 상에 터널 산화막(102), 플로팅 게이트(103), 유전체막(104), 콘트롤 게이트(105)가 순차적으로 적층되어 있고, 상기 적층된 구조체 양측의 반도체 기판 표면 내에는 소스(S) 영역과 드레인(D) 영역이 형성되어 있다. 여기서, 상기 유전체막은 커플링 비(coupling ratio)를 높이기 위해 통상적으로 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)층을 사용한다. As shown in FIG. 1, the
이와 같은 구조를 갖는 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자의 프로그램(program) 및 소거(erase) 방법은 다음과 같은 과정으로 이루어진다. 먼저, 프로그램 방법은 상기 플로팅 게이트에 형성된 전위 우물에 핫 전자 주입(hot electron injection) 또는 F-N(Fowler-Nordheim) 터널링 방식을 통하여 전자(electron)를 주입시켜 문턱 전압을 증가시키는 방법을 이용하며, 소거 방법은 정공(hole)을 핫 홀 주입(hot hole injection) 방식으로 주입하여 전자와 정공을 재결합(recombination)시키거나 F-N 터널링 방식을 이용하여 전자를 기판으로 유출시켜 문턱 전압을 낮추는 방법을 이용한다. A program and erase method of a floating gate-based nonvolatile memory device having such a structure is performed as follows. First, a program method uses a method of increasing a threshold voltage by injecting electrons into a potential well formed in the floating gate through hot electron injection or Fowler-Nordheim (FN) tunneling. The method uses a method of injecting holes by hot hole injection to recombine electrons and holes, or by flowing electrons to the substrate using FN tunneling to lower the threshold voltage.
종래의 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자를 이용하여 소거 과정을 진행함에 있어서, 과소거(over erase)라는 문제가 대두된다. 상기 과소거란 상기 플로팅 게이트에 저장되어 있는 전자들이 필요 이상으로 유출되어 문턱 전압이 음(-)의 상태를 나타내는 현상을 말하는 것으로서, 비휘발성 메모리 회로에서 비트 라인(Bit line) 상에 과소거된 셀이 하나라도 존재하게 되면 상기 비트 라인에 과 전류가 흐르게 되어 과소거되지 않은 셀의 데이터까지도 읽지 못하는 문제가 발생한다. In the erasing process using a conventional floating gate series nonvolatile memory device, an over erase problem arises. The over erasure refers to a phenomenon in which electrons stored in the floating gate are leaked out more than necessary and the threshold voltage is negative, and the cell is overerased on the bit line in the nonvolatile memory circuit. If any one of these is present, an overcurrent flows in the bit line, which causes a problem in that even the data of the non-erased cell cannot be read.
도 2는 종래의 플로팅 게이트 계열의 비휘발성 메모리 소자를 이용한 프로그램 및 소거 과정 진행시 문턱 전압 대비 메모리 셀의 개수 분포를 나타낸 그래프로서, 소정 전압 분포를 갖는 프로그램 상태와 소거 상태를 나타내고 있으며 상기 프로그램 상태와 소거 상태 사이의 전압은 문턱 전압 윈도우(VT window)(W)를 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이 소거 과정 진행시 과소거가 발생되어 문턱 전압이 0V 이하로 떨어지는 셀(a)이 존재하고 이에 따라, 소거시 문턱 전압의 분포가 프로그램시의 문턱 전압 분포보다 넓게 된다. 상기 소거시 문턱 전압의 분포가 넓어지면 프로그램 상태와 소거 상태 사이의 문턱 전압 윈도우는 줄어되어 플래쉬 메모리 소자의 특성을 저하시키게 된다. FIG. 2 is a graph illustrating the distribution of the number of memory cells to a threshold voltage when a program and an erase process are performed using a non-volatile memory device of a conventional floating gate series, and illustrates a program state and an erase state having a predetermined voltage distribution. The voltage between and the erase state represents a threshold voltage window (V T window) (W). As shown in FIG. 2, there is a cell (a) in which an over erase occurs during the erase process and the threshold voltage falls below 0 V. Accordingly, the threshold voltage distribution during erasing becomes wider than the threshold voltage distribution during programming. When the threshold voltage distribution is widened during the erase, the threshold voltage window between the program state and the erase state is reduced, thereby deteriorating the characteristics of the flash memory device.
한편, 상기 과소거가 발생되는 원인은 매우 다양한데 구체적으로 살펴보면, 액티브 영역의 선폭, 터널 산화막의 두께, 접합층 오버랩(junction overlap), 플로팅 게이트의 선폭, 플로팅 게이트 표면의 거칠기(roughness), 터널 산화막의 손상, 터널 산화막의 국부적 박막화 현상, 핀홀(pin hole) 현상 등 다양한 공정 요소에 의해 과소거가 유발될 수 있다. 이와 같이 과소거가 유발되는 원인이 매우 다양한 바, 종래의 기술에 있어서는 상기 과소거에 대한 근본적인 문제 해결보다는 과소거가 발생된 셀을 검출하여 재프로그램(reprogram)시켜 해당 셀의 문턱 전압을 높여주는 방식을 택하고 있다. 이 경우 테스트 시간이 길어질 뿐만 아니라 과소거된 셀 을 회복시키기 위해 추가적인 회로가 요구된다. On the other hand, there are a variety of causes of the over-erasing, in detail, the line width of the active region, the thickness of the tunnel oxide film, the junction overlap, the line width of the floating gate, the roughness of the floating gate surface, the tunnel oxide film Over-destruction can be caused by various process factors, such as damage, localized thinning of the tunnel oxide, and pinholes. Since there are many causes of over-erasing in the related art, in the related art, a method of increasing the threshold voltage of the corresponding cell by detecting and reprogramming the over-erased cell rather than solving the fundamental problem of over-erasing is taken. Doing. This not only lengthens the test time, but also requires additional circuitry to recover over-erased cells.
한편, 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 다음과 같은 구조를 갖는 플래쉬 메모리 소자를 제안하였다. 도 3은 본 출원인이 제안한 플래쉬 메모리 소자의 구조 단면도이다.On the other hand, the present applicant has proposed a flash memory device having the following structure to solve the above problems. 3 is a structural cross-sectional view of the flash memory device proposed by the present applicant.
본 출원인이 제안한 플래쉬 메모리 소자는 도 3에 도시한 바와 같이 반도체 기판(301) 상에 소정 영역 상에 각각 게이트 절연막(304)과 제 1 블록 산화막(302)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(304) 및 제 1 블록 산화막(302) 상에는 각각 콘트롤 게이트(306)와 플로팅 게이트(303)가 형성되어 있다. 상기 콘트롤 게이트(306)와 플로팅 게이트(303)가 접하는 면에는 제 2 블록 산화막(305)이 형성되어 있다. 또한, 상기 콘트롤 게이트(306)의 표면에는 산화막(307)이 형성되어 있으며 상기 콘트롤 게이트(306)의 측벽에는 스페이서(308)가 형성되어 있다. 한편, 상기 기판(301) 내부에는 LDD 구조를 갖는 소스/드레인 영역(S/D)이 형성되어 있다.In the flash memory device proposed by the present applicant, as shown in FIG. 3, a
상기 도 3의 플래쉬 메모리 소자의 구조는 1개의 트랜지스터 내에 플로팅 게이트(303)가 소스/드레인 영역(S/D) 각각에 형성되어 있어 종래의 플래쉬 메모리 소자에 비해 해당 면적을 1/2 크기로 줄일 수 있으며, 상기 플로팅 게이트(303)가 과소거되더라도 상기 콘트롤 게이트(306)에 0V를 인가할 경우 채널이 오프되기 때문에 과소거에 의한 리드 에러(read error)가 발생하지 않게 된다. 이에 따라, 종래의 플래쉬 메모리 소자에서 과소거된 메모리 셀들을 재프로그램(reprogram) 시킬 필요가 없으며 추가적인 회로 또한 요구되지 않는다.In the structure of the flash memory device of FIG. 3, the
다만, 본 출원인은 상기와 같은 플래쉬 메모리 소자의 제안함에 있어 그 구 동방법의 세부적인 과정은 제시하지 않은 바 본 발명에서 그 방법을 제시하고자 한다.However, the present applicant does not present a detailed process of the driving method in the proposal of the flash memory device as described above, and the present invention is intended to present the method.
본 발명은 상기와 같이 본 출원인이 제안한 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법을 제공하는데 목적이 있다.
An object of the present invention is to provide a method for driving a flash memory device proposed by the present applicant as described above.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 구동방법은 복수개의 비트라인과 연결되는 소스/드레인 영역을 구비하는 반도체 기판 상에 소스 및 드레인 영역에 각각 제 1 블록 산화막이 구비되고, 상기 각각의 제 1 블록 산화막 상에 플로팅 게이트가 형성되며, 상기 소스/드레인 영역 사이의 반도체 기판 상에 복수개의 워드라인과 연결되는 콘트롤 게이트(306)가 구비된 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법에 있어서, 상기 복수개의 워드라인에 음(-)의 전압을 인가하고, 상기 기판에 0V 또는 양(+)의 전압을 인가하며, 상기 복수개의 비트라인은 플로팅시켜 상기 플로팅 게이트의 전자들을 상기 반도체 기판의 채널 영역쪽으로 소거하는 단계;와, 프로그램이 필요한 특정 셀이 존재하는 해당 워드라인에 양(+)의 전압을 인가하고, 기타 워드라인에 0V를 인가하며, 프로그램이 필요한 특정 셀이 존재하는 해당 비트라인에 양(+)의 전압을 인가하고, 기타 비트라인 및 기판에 0V를 인가함으로써 상기 기판(301)의 채널에 존재하는 전자들이 상기 특정 셀의 콘 트롤 게이트에 주입하는 프로그램 단계;와, 상기 특정 셀의 워드라인에 기준 전압을 인가하고 상기 특정 셀의 비트라인에 양(+)의 전압을 인가하며, 기타 워드라인, 비트라인 및 기판에 0V를 인가하여, 상기 특정 셀의 프로그램 또는 소거 상태를 파악하는 리드 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a flash memory device, wherein a first block oxide layer is provided in each of a source and a drain region on a semiconductor substrate having source and drain regions connected to a plurality of bit lines. A floating gate is formed on each of the first block oxide layers, and a method of driving a flash memory device having a
바람직하게는, 상기 소거하는 단계는, 상기 복수개의 워드라인에 음(-)의 전압을 인가하고, 상기 복수개의 비트라인에는 0V 또는 양(+)의 전압을 인가하며, 상기 기판은 플로팅시켜 상기 플로팅 게이트의 전자들을 상기 반도체 기판의 소스/드레인 영역(S/D)쪽으로 소거할 수도 있다.Preferably, the erasing may include applying a negative voltage to the plurality of word lines, applying a voltage of 0 V or a positive voltage to the plurality of bit lines, and floating the substrate. Electrons of the floating gate may be erased toward the source / drain region S / D of the semiconductor substrate.
바람직하게는, 상기 기준 전압은 소거 상태의 문턱 전압 중 가장 높은 전압과 프로그램 상태의 문턱 전압 중 가장 낮은 전압의 중간 정도의 값으로 할 수 있다.Preferably, the reference voltage may be a value approximately midway between the highest voltage among the threshold voltages of the erase state and the lowest voltage among the threshold voltages of the program state.
본 발명의 특징에 따르면, 1개의 트랜지스터로 2비트(bit)의 동작을 구현할 수 있는 플래쉬 메모리 소자를 이용함으로써 종래의 플래쉬 메모리 소자의 동작 문제점이었던 과소거 등의 문제점을 해결할 수 있게 된다.According to a feature of the present invention, by using a flash memory device capable of implementing two bits of operation with one transistor, it is possible to solve problems such as over-erasing, which was an operation problem of a conventional flash memory device.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 구동방법은 다음과 같다. 도 4는 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 회로도이고, 도 5는 반 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 구동 과정에 인가되는 전압을 나타낸 참고도.Hereinafter, a driving method of a flash memory device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 4 is a circuit diagram of a flash memory device according to the present invention, Figure 5 is a reference diagram showing a voltage applied to the driving process of the flash memory device according to the invention.
도 4에 도시한 바와 같이 복수의 플래쉬 메모리 셀들과, 상기 플래쉬 메모리 셀들을 선택적으로 구동시키기 위한 로직 회로, 예컨대 워드라인 구동회로, 비트라 인 구동회로, 공통 소스 구동회로(도시하지 않음) 등이 조합된 구성을 취하게 된다. As shown in FIG. 4, a plurality of flash memory cells and logic circuits for selectively driving the flash memory cells, such as a word line driving circuit, a bit line driving circuit, and a common source driving circuit (not shown), may be used. A combined configuration is taken.
상기 플래쉬 메모리 셀들은 도 3에 도시한 바와 같이 반도체 기판(301) 상에 소정 영역 상에 각각 게이트 절연막(304)과 제 1 블록 산화막(302)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(304) 및 제 1 블록 산화막(302) 상에는 각각 콘트롤 게이트(306)와 플로팅 게이트(303)가 형성되어 있고, 상기 콘트롤 게이트(306)와 플로팅 게이트(303)가 접하는 면에는 제 2 블록 산화막(305)이 형성되어 있고, 또한, 상기 콘트롤 게이트(306)의 표면에는 산화막이 형성되어 있으며 상기 콘트롤 게이트(306)의 측벽에는 스페이서(308)가 형성되어 있고, 한편, 상기 기판(301) 내부에는 LDD 구조를 갖는 소스/드레인 영역(S/D)이 형성되어 있다.3, a
이 때, 상기 콘트롤 게이트(306)는 복수개의 워드라인(WL1, WL2, WL3, WL4)에 각각 연결되는 구조를 갖게 되며, 제 1 불순물 확산층들 예컨대, 소스 영역들은 상기 구조물들의 일측부에 형성된 상태로 공통 라인(도시하지 않음)에 연결되는 구조를 취하게 되고, 제 2 불순물 확산층들 예컨대, 드레인 영역들은 상기 구조물들의 다른 일측부에 형성된 상태로 복수개의 비트라인(BL1, BL1`, BL2, BL2`, BL3, BL3`)에 각각 연결되는 구조는 갖는다. In this case, the
이 상황에서 상기 각 메모리 셀들의 플로팅 게이트(303)에 주입되어 있던 전자들을 반도체 기판(301) 방향으로 소거시키기 위한 일련의 소거 절차가 진행된다. 이 때, 상기 소거는 채널 쪽으로 전자를 빼내는 제 1 소거 방법과, 상기 소스/드레인 영역(S/D)쪽으로 전자를 빼내는 제 2 소거 방법이 있다. In this situation, a series of erase procedures are performed to erase electrons injected into the floating
상기 제 1 소거 방법의 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 워드라인(WL1, WL2, WL3, WL4)에는 음(-)의 전압을 인가하고, 상기 기판(301)에는 0V 또는 양(+)의 전압(Vb)을 인가하며, 상기 비트라인(BL1, BL1`, BL2, BL2`, BL3, BL3`)은 플로팅시킨다. 이에 따라, 상기 반도체 기판(301)으로부터 상기 콘트롤 게이트(306)로 강한 전계(electric field)가 인가되며, 상기 전계에 의해 각각의 플로팅 게이트(303)의 전위 우물(potential well)에 갇혀 있던 전자들은 상기 제 1 블록 산화막(302)을 F-N(Fowler-Nordheim) 터널링(tunneling)하여 상기 반도체 기판(301)의 채널쪽으로 빠져나가게 되어 상기 플로팅 게이트(303)의 문턱 전압이 낮아지게 된다. 이 때, 상기 반도체 기판(301)의 채널에서 상기 워드라인 영역으로도 강한 전계가 인가되기 때문에 채널 F-N 터널링 방식을 사용할 경우 상기 워드라인에서 브레이크다운(breakdown)이 발생하지 않는 조건을 설정할 필요가 있다.In the case of the first erase method, as shown in FIG. 5, a negative voltage is applied to the word lines WL1, WL2, WL3, and WL4, and 0 V or positive is applied to the
한편, 상기 제 2 소거 방법의 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 플로팅 게이트(303)에서 기판(301)의 소스/드레인 영역(S/D)으로 전자를 빼내기 위해, 먼저 상기 워드라인(WL1, WL2, WL3, WL4)에는 음(-)의 전압을 인가하고, 상기 비트라인(BL1, BL1`, BL2, BL2`, BL3, BL3`)에는 0V 또는 양(+)의 전압(Vs)을 인가하며, 상기 기판(301)은 플로팅시킨다. 이에 따라, 상기 반도체 기판(301)의 소스/드레인 영역(S/D)으로부터 상기 콘트롤 게이트(306)쪽으로 강한 전계(electric field)가 인가되며, 상기 전계에 의해 각각의 플로팅 게이트(303)의 전위 우물에 갇혀 있던 전자들은 상기 제 1 블록 산화막(302)을 F-N 터널링하여 상기 반도체 기판(301)의 소스/드레인 영역(S/D)쪽으로 빠져나가게 되어 상기 플로팅 게이트(303)의 문턱 전 압이 낮아지게 된다. 이와 같이, 플로팅 게이트(303)에서 소스/드레인 영역(S/D)쪽으로 F-N 터널링시켜 소거하는 방식은 반도체 기판(301)의 채널로부터 상기 콘트롤 게이트(306)쪽으로 전계가 강하게 형성되지 않기 때문에 브레이크다운(breakdown) 문제는 발생하지 않는다.In the second erasing method, as shown in FIG. 5, in order to draw electrons from the floating
상기 제 1 및 제 2 소거 방법을 통해 플래쉬 메모리 소자의 소거가 완료된 상태에서 상기 각각의 메모리 셀들 중, 프로그램(program)이 필요한 특성의 메모리 셀에 전자들을 채워 넣기 위한 일련의 프로그램 절차를 진행한다. 상기 프로그램을 위해 먼저, 도 5에 도시한 바와 같이 해당 워드라인(WL2)에 양(+)의 전압(Vwlp)을 인가하고, 프로그램이 필요하지 않는 기타 워드라인(WL1, WL3, WL4)에는 0V를 인가하며, 비트라인의 경우에는 해당 비트라인(BL2)에는 양(+)의 전압(Vblp)을 인가하고 기타 프로그램되지 않는 비트라인(BL1, BL1`, BL2`, BL3, BL3`)에는 0V를 인가한다. 한편, 상기 기판(301)에는 0V를 인가한다.In the first and second erase methods, a series of program procedures for filling electrons into a memory cell having a desired characteristic are performed among the respective memory cells while erasing of the flash memory device is completed. For the program, first, a positive voltage Vwlp is applied to the corresponding word line WL2 as shown in FIG. 5, and 0 V is applied to the other word lines WL1, WL3, and WL4 that do not require a program. In the case of a bit line, a positive voltage Vblp is applied to a corresponding bit line BL2, and 0 V is applied to other unprogrammed bit lines BL1, BL1 ', BL2', BL3, and BL3 '. Apply. On the other hand, 0V is applied to the
상기 전압 조건에 의해, 상기 각 셀들 중 플로팅 게이트(303) 패턴의 드레인 영역에 비트라인 전압이 인가되는 셀은 해당 비트라인(BL2)에 연결된 모든 셀들이나, 전압이 인가된 해당 워드라인(WL2)에 연결되는 특정 셀(MC)의 드레인 영역 및 콘트롤 게이트(306)에 전압이 인가되어 상기 특정 셀(MC)의 콘트롤 게이트(306)에 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 특정 셀(MC)이 형성된 영역에서 전계가 최대치가 되어 상기 반도체 기판(301)의 채널에 존재하는 전자들이 핫 전자(hot electron)가 되어 수직 전계에 의해 상기 특정 셀(MC)의 플로팅 게이트(303)에 형성되어 있는 전위 우물에 주입되어 문턱 전압이 높아지게 된다. According to the voltage condition, the cells to which the bit line voltage is applied to the drain region of the floating
이러한 프로그램 동작시 해당 워드라인(BL2), 해당 비트라인(BL2) 등에 인가되는 양(+)의 전압(Vwlp)(Vblp)은 핫 전자 주입 효율(hot electron injection efficiency), 드레인 영역의 브레이크다운, 프로그램 전류, 게이트 및 드레인의 저항 등을 고려한다. 또한, 해당 워드라인(WL2)에 인가된 양(+)의 전압(Vwlp)의 경우 소스 영역의 플로팅 게이트(303)에 프로그램이 이루어져 소스 영역에 전위 장벽이 발생하더라도 Vwlp 전압을 인가할 경우 소스 영역에서 반도체 기판(301)의 채널쪽으로 전자들이 주입될 수 있도록 소스 영역의 전위 장벽을 충분히 낮출 수 있는 조건으로 설정하여야 한다. In such a program operation, a positive voltage Vwlp Vblp applied to a corresponding word line BL2, a corresponding bit line BL2, or the like may be applied to a hot electron injection efficiency, a breakdown of a drain region, Consider program current, gate and drain resistance. In addition, in the case of a positive voltage Vwlp applied to the corresponding word line WL2, a program is performed on the floating
한편, 상기의 과정을 통해 프로그램이 진행된 상태에서 상기 프로그램된 특정 셀(MC)의 프로그램 상태를 확인하기 위한 일련의 리딩(reading) 절차가 진행된다. 먼저, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 해당 워드라인(WL2)에 기준 전압(Vref)을 인가하고 해당 비트라인(BL2`)에 양(+)의 전압(Vblr)을 인가하며, 기타 워드라인(WL1, WL3, WL4)과 비트라인(BL1, BL1`, BL2, BL3, BL3`) 및 기판(301)에는 모두 0V를 인가한다. 여기서, 상기 기준 전압은 소거 상태의 문턱 전압 중 가장 높은 전압과 프로그램 상태의 문턱 전압 중 가장 낮은 전압의 중간 정도의 값으로 선정한다. 또한, 리드(read) 동작시 비트라인에 인가되는 전압이 너무 높으면 상기 특정 셀(MC)의 좌측에 있는 셀 즉, 비트라인 BL2`에 연결되는 셀에 불필요한 프로그램 동작이 진행될 수도 있기 때문에 이를 고려하여 기준 전압을 인가하여야 한다.Meanwhile, a series of reading procedures for checking the program state of the programmed specific cell MC is performed while the program is in progress. First, as shown in FIG. 5, a reference voltage Vref is applied to the corresponding word line WL2, a positive voltage Vblr is applied to the corresponding bit line BL2 ′, and other word lines ( 0 V is applied to all of the WL1, WL3, and WL4, the bit lines BL1, BL1 ′, BL2, BL3, BL3 ′, and the
상기 전압 조건에 의해 상기 특정 셀(MC)이 소거된 상태이면 상기 비트라인 BL2`의 드레인 영역에서 비트라인 BL2의 소스 영역쪽으로 전류가 흐르게 되며, 상기 특정 셀(MC)이 프로그램된 상태이면, BL2`의 드레인 영역에서 비트라인 BL2의 소스 영역쪽으로 전류가 흐르지 않게 되어 상기 특정 셀(MC)은 상태 즉, 프로그램 상태인지 소거 상태인지를 파악할 수 있게 된다. 이상의 과정을 통해 본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법 즉, 소거 과정, 프로그램 과정 및 리딩 과정은 완료된다. If the specific cell MC is erased due to the voltage condition, a current flows from the drain region of the bit line BL2 'toward the source region of the bit line BL2. If the specific cell MC is programmed, BL2 No current flows from the drain region to the source region of the bit line BL2, so that the specific cell MC can determine whether it is a program state or an erase state. Through the above process, the driving method of the flash memory device according to the present invention, that is, the erase process, the program process and the reading process are completed.
본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 구동 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The driving method of the flash memory device according to the present invention has the following effects.
1개의 트랜지스터로 2비트(bit)의 동작을 구현할 수 있는 플래쉬 메모리 소자를 이용함으로써 종래의 플래쉬 메모리 소자의 동작 문제점이었던 과소거 등의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
By using a flash memory device capable of implementing two bits of operation with one transistor, it is possible to solve problems such as over-erasing, which was an operation problem of a conventional flash memory device.
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