KR100781041B1 - Flash memory device and its erasing control method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플래시 메모리 장치 및 그 소거 동작 제어 방법에 관한 것으로, 블록 단위로 이루어지는 소거 동작에서 비선택된 블록의 로컬 워드라인들에 인가된 소거 방지 전압이 누설전류에 의해 낮아져 소거 동작이 진행되는 것을 방지하기 위하여 글로벌 워드라인에 소정의 양전압을 인가하여 비선택된 블록이 소거되는 것을 방지함과 동시에 소거 동작 횟수의 증가에 패스트 프로그램 또는 슬로우 이레이즈 현상이 발생되는 것을 방지하고, 소거 대상 블록의 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면 로컬 워드라인과 벌크 사이의 전압차이가 증가되도록 글로벌 워드라인에 인가되는 양전압이나 소거 대상 블록의 벌크에 인가되는 전압을 조절하여 소거 동작을 재실시함으로써, 소거 동작에 대한 신뢰성을 향상시켜 소거 불량에 의해 사용 불가능한 블록이 발생되는 것을 최소화할 수 있다. The present invention relates to a flash memory device and a method of controlling an erase operation thereof, wherein an erase protection voltage applied to local word lines of an unselected block is lowered by a leakage current in an erase operation performed in a block unit to prevent an erase operation from proceeding. In order to prevent the erase of unselected blocks by applying a predetermined positive voltage to the global word line, a fast program or a slow erase phenomenon can be prevented from occurring in an increase in the number of erase operations, and the erase operation of the erase target block is performed. If this is not done normally, the erase operation is performed again by adjusting the positive voltage applied to the global word line or the voltage applied to the bulk of the block to be erased so that the voltage difference between the local word line and the bulk is increased, thereby ensuring reliability of the erase operation. Improves unusable by bad erase The occurrence of blocks can be minimized.
Description
도 1은 종래의 플래시 메모리 장치의 소거 동작을 설명하기 위한 메모리 셀들과 패스 게이트들의 회로도이다.1 is a circuit diagram of memory cells and pass gates for explaining an erase operation of a conventional flash memory device.
도 2는 종래 기술에서 소거 동작 횟수에 따른 슬로우 이레이즈 특성 및 패스트 프로그램 특성을 보여주는 특성 그래프이다. 2 is a characteristic graph illustrating a slow erasure characteristic and a fast program characteristic according to the number of erase operations in the prior art.
도 3은 종래 기술에서 소거 전압의 레벨에 슬로우 이레이즈 특성 및 패스트 프로그램 특성을 보여주는 특성 그래프이다. 3 is a characteristic graph showing slow erasure characteristics and fast program characteristics at the level of the erase voltage in the prior art.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 블록도이다.4 is a block diagram of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 메모리 셀 어레이, 블록 선택부, 제2 바이어스 전압 발생기, 벌크 전압 발생기 및 X-디코더를 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating in detail a memory cell array, a block selector, a second bias voltage generator, a bulk voltage generator, and an X-decoder shown in FIG. 4.
도 6은 도 5에 도시된 메모리 셀들, 스위칭 소자들, 벌크 전압 발싱기 및 바이어스 전압 선택부를 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating in detail the memory cells, the switching elements, the bulk voltage baler, and the bias voltage selector illustrated in FIG. 5.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 소거 동작 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of controlling an erase operation of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 8a는 도 6에 도시된 스위칭 소자의 일례를 나타내는 단도면이다.8A is a cross-sectional view illustrating an example of the switching element illustrated in FIG. 6.
도 8b는 도 6에 도시된 스위칭 소자에서 워드 라인의 바이어스 전압 변화에 따른 에너지 전위의 변화를 나타내는 도면이다.FIG. 8B is a diagram illustrating a change in energy potential according to a bias voltage change of a word line in the switching device illustrated in FIG. 6.
도 9a 내지 도 9c는 도 5에서 소거 동작 시 글로벌 워드라인과 P웰에 전압을 인가하는 제1 실시예를 설명하기 위한 파형도이다.9A to 9C are waveform diagrams for describing a first exemplary embodiment in which a voltage is applied to a global word line and a P well during an erase operation in FIG. 5.
도 10a 내지 도 10c는 도 5에서 소거 동작 시 글로벌 워드라인과 P웰에 전압을 인가하는 제2 실시예를 설명하기 위한 파형도이다.10A to 10C are waveform diagrams for describing a second exemplary embodiment in which a voltage is applied to a global word line and a P well during an erase operation in FIG. 5.
도 11은 소거 동작 시 비선택된 블록의 문턱전압 변화를 비교하기 위한 특성 그래프이다. 11 is a characteristic graph for comparing changes in threshold voltages of unselected blocks during an erase operation.
도 12는 본 발명에서 소거 동작 횟수에 따른 슬로우 이레이즈 특성 및 패스트 프로그램 특성을 보여주는 특성 그래프이다. 12 is a characteristic graph illustrating a slow erasure characteristic and a fast program characteristic according to the number of erase operations in the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉Explanation of symbols for main parts of drawings>
100 : 플래시 메모리 장치 110 : 메모리 셀 어레이100: flash memory device 110: memory cell array
120 : 입력 버퍼 130 : 제어 로직 회로120: input buffer 130: control logic circuit
140 : 고전압 발생기 150 : X-디코더140: high voltage generator 150: X-decoder
160 : 블록 선택부 170 : 페이지 버퍼160: block selection unit 170: page buffer
180 : Y-디코더 190 : 데이터 입출력 버퍼180: Y-decoder 190: data input / output buffer
40 : 벌크 전압 발생기 50 : 제1 바이어스 전압 발생기40: bulk voltage generator 50: first bias voltage generator
60 : 제2 바이어스 전압 발생기60: second bias voltage generator
본 발명은 플래시 메모리 장치 및 그 소거 동작 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 블록 단위의 소거 동작에서 누설 전류에 의해 소거 동작의 신뢰성이 저하되는 것을 방지하기 위한 플래시 메모리 장치 및 그 소거 동작 제어 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로 플래시 메모리 장치는 소량의 정보를 고속으로 저장하는데 주로 사용되는 노아(NOR) 타입과 대량의 정보를 저장하는데 주로 사용되는 낸드(NAND) 타입으로 구분된다. 플래시 메모리 장치는 리드(read) 동작, 프로그램 동작 및 소거(erase) 동작을 수행한다. 프로그램 동작 및 소거 동작은 플로팅 게이트로 전자들가 주입되거나 플로팅 게이트로부터 전자들이 방출되는 것에 의해 하나 또는 그 이상의 셀들에 데이터를 저장하는 동작과 관련된다. 예를 들어, 프로그램 동작에서는, 메모리 셀 블록에 포함되는 복수의 메모리 셀들 중 선택된 셀들만이 프로그램된다. 플래시 메모리 장치의 소거 동작은 상기 FN 터널링에 의해 메모리 셀의 플로팅 게이트에 존재하는 전자가 P-웰에 방출됨으로써 실행된다. 상기 소거 동작에서는, 메모리 셀 블록에 포함되는 전체 메모리 셀들에 저장된 데이터들이 동시에 소거된다. 즉, 상기 소거 동작은 메모리 셀 블록 단위로 실행된다.In general, flash memory devices are classified into a NOR type, which is mainly used to store a small amount of information at high speed, and a NAND type, which is mainly used to store a large amount of information. The flash memory device performs a read operation, a program operation, and an erase operation. Program and erase operations involve storing data in one or more cells by injecting electrons into or floating from the floating gate. For example, in a program operation, only selected cells of a plurality of memory cells included in a memory cell block are programmed. The erase operation of the flash memory device is performed by the electrons present in the floating gate of the memory cell being discharged to the P-well by the FN tunneling. In the erase operation, data stored in all memory cells included in the memory cell block are simultaneously erased. That is, the erase operation is performed in units of memory cell blocks.
도 1은 종래의 플래시 메모리 장치의 소거 동작을 설명하기 위한 메모리 셀들과 패스(pass) 게이트들의 회로도이다. 소거 동작 시, 글로벌 워드 라인(GWL)에 는 0V의 바이어스 전압(Vb)이 인가되고, 메모리 셀들(CA1-CAn, CB1-CBn)(n은 정수)의 P-웰에는 20V의 벌크 전압(VBK1)이 인가된다. 상기 메모리 셀들(CA1-CAn, CB1-CBn)의 소스들과 드레인들은 플로팅(floating) 상태로 된다. 또, 선택된(즉, 소거될) 메모리 셀 블록(A)의 로컬(local) 워드 라인(WL1)과 상기 글로벌 워드 라인(GWL) 사이에 연결된 NMOS 트랜지스터(NM1)의 게이트에는 전압(Vcc) 레벨의 블록 선택 신호(BKSEL1)가 입력된다. 또, 상기 NMOS 트랜지스터(NM1)의 기판(substrate)(미도시)에는 0V의 벌크 전압(VBK2)이 인가된다. 상기 NMOS 트랜지스터(NM1)는 상기 블록 선택 신호(BKSEL1)에 응답하여 턴 온되고, 상기 로컬 워드 라인(WL1)을 상기 글로벌 워드 라인(GWL)에 연결한다. 결국, 상기 로컬 워드 라인(WL1)의 전압이 0V로 되고, 상기 로컬 워드 라인(WL1)에 연결된 상기 메모리 셀들(CA1-CAn)의 컨트롤 게이트들(미도시)과 상기 메모리 셀들(CA1-CAn)의 P-웰들 사이에는 각각 20V의 전압 차가 발생된다. 따라서 상기 메모리 셀들(CA1-CAn)의 플로팅 게이트들의 전자들이 상기 P-웰들에 방출되어, 상기 메모리 셀 블록(A)의 소거 동작이 이루어진다.1 is a circuit diagram of memory cells and pass gates for explaining an erase operation of a conventional flash memory device. In the erase operation, a bias voltage Vb of 0 V is applied to the global word line GWL, and a bulk voltage VBK1 of 20 V is applied to the P-well of the memory cells CA1-CAn and CB1-CBn (n is an integer). ) Is applied. Sources and drains of the memory cells CA1 to CAn and CB1 to CBn are in a floating state. In addition, the gate of the NMOS transistor NM1 connected between the local word line WL1 and the global word line GWL of the selected (ie, to be erased) memory cell block A has a voltage Vcc level. The block select signal BKSEL1 is input. In addition, a bulk voltage VBK2 of 0 V is applied to a substrate (not shown) of the NMOS transistor NM1. The NMOS transistor NM1 is turned on in response to the block select signal BKSEL1 and connects the local word line WL1 to the global word line GWL. As a result, the voltage of the local word line WL1 becomes 0V, and the control gates (not shown) and the memory cells CA1-CAn of the memory cells CA1-CAn connected to the local word line WL1. A voltage difference of 20V is generated between the P-wells. Therefore, electrons of the floating gates of the memory cells CA1 to CAn are emitted to the P-wells, thereby performing an erase operation of the memory cell block A. FIG.
한편, 선택되지 않은(즉, 소거되지 않을) 메모리 셀 블록(B)의 로컬 워드 라인(WL2)과 상기 글로벌 워드 라인(GWL) 사이에 연결된 NMOS 트랜지스터(NM2)의 게이트에는 0V의 블록 선택 신호(BKSEL2)가 입력된다. 또, 상기 NMOS 트랜지스터(NM2)의 기판에는 0V의 벌크 전압(VBK2)이 인가된다. 상기 NMOS 트랜지스터(NM2)는 상기 블록 선택 신호(BKSEL2)에 응답하여 턴 오프되고, 상기 로컬 워드 라인(WL2)을 상기 글로벌 워드 라인(GWL)으로부터 분리시킨다. 그 결과 상기 로컬 워 드 라인(WL2)이 플로팅 상태로 된다. 이 후, 용량성 커플링(capacitive coupling) 현상에 의해, 상기 로컬 워드 라인(WL2)에는 상기 메모리 셀들(CB1-CBn)의 P-웰들에 인가된 20V의 상기 벌크 전압(VBK1)이 유기되어, 상기 로컬 워드 라인(WL2)의 전압 레벨이 19V 정도까지 부스팅(boosting)된다. 따라서 상기 로컬 워드 라인(WL2)과 상기 메모리 셀들(CB1-CBn)의 P-웰들 사이에는 1V 정도의 미세한 전압 차가 발생되어, 상기 메모리 셀들(CB1-CBn)의 플로팅 게이트들로부터 전자들이 방출되지 않는다. 결국 상기 메모리 셀 블록(A)의 소거 동작이 이루어지는 동안, 상기 메모리 셀 블록(B)의 소거 동작은 실행되지 않는다. 그러나, 상기 NMOS 트랜지스터(NM2)가 오프되더라도, 상기 NMOS 트랜지스터(NM2)에서 누설 전류(leakage current)가 발생될 수 있다. 따라서 상기 벌크 전압(VBK1)에 가까운 전압 레벨로 부스팅 된 상기 로컬 워드 라인(WL2)의 전압 레벨이 점차 감소될 수 있다. 그 결과, 상기 메모리 셀들(CB1-CBn)의 컨트롤 게이트들과 P-웰들 사이의 전압 차가 증가되어, 소거되지 말아야 할 상기 메모리 셀들(CB1-CBn)의 플로팅 게이트들에서 소량의 전자들이 방출되는 현상(즉, 쉘로우 이레이즈(shallow erase))이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 쉘로우 이레이즈와 같은 소거 디스터번스(disturbance)는 플래시 메모리 장치에 포함되는 메모리 셀 블록의 수가 증가할 때 더욱 심각해진다. 예를 들어, 메모리 셀 블록들이 하나씩 소거 동작을 수행할 때마다 소거되지 말아야 할 메모리 셀 블록의 메모리 셀들에는 상기 쉘로우 이레이즈 현상이 반복적으로 발생하게 된다. 결국, 해당 메모리 셀들의 문턱(threshold) 전압들이 점차적으로 감소되어, 리드(read) 동작시 패일(fail)이 발생되는 문제점이 있다.On the other hand, a gate selection signal of 0V is applied to the gate of the NMOS transistor NM2 connected between the local word line WL2 and the global word line GWL of the memory cell block B that is not selected (that is, not erased). BKSEL2) is input. In addition, a bulk voltage VBK2 of 0V is applied to the substrate of the NMOS transistor NM2. The NMOS transistor NM2 is turned off in response to the block select signal BKSEL2 and separates the local word line WL2 from the global word line GWL. As a result, the local word line WL2 is in a floating state. Thereafter, the bulk voltage VBK1 of 20 V applied to the P-wells of the memory cells CB1-CBn is induced in the local word line WL2 by a capacitive coupling phenomenon. The voltage level of the local word line WL2 is boosted to about 19V. Accordingly, a minute voltage difference of about 1 V is generated between the local word line WL2 and the P-wells of the memory cells CB1-CBn, so that electrons are not emitted from the floating gates of the memory cells CB1-CBn. . As a result, while the erase operation of the memory cell block A is performed, the erase operation of the memory cell block B is not performed. However, even when the NMOS transistor NM2 is turned off, a leakage current may be generated in the NMOS transistor NM2. Therefore, the voltage level of the local word line WL2 boosted to a voltage level close to the bulk voltage VBK1 may be gradually decreased. As a result, the voltage difference between the control gates of the memory cells CB1-CBn and the P-wells is increased, so that a small amount of electrons are emitted from the floating gates of the memory cells CB1-CBn which should not be erased. (I.e. shallow erase). Erase disturbances, such as shallow erase, become more severe when the number of memory cell blocks included in a flash memory device increases. For example, the shallow erase phenomenon may occur repeatedly in memory cells of a memory cell block that should not be erased each time the memory cell blocks perform an erase operation one by one. As a result, threshold voltages of the corresponding memory cells are gradually reduced, causing a failure during read operation.
또한, 소거 동작 횟수가 증가할수록 프로그램 동작 시 문턱전압이 목표 전압 이상으로 높아지는 패스트 프로그램(past program) 현상이나, 소거 동작 시 문턱전압이 목표 전압까지 충분하게 낮아지지 않는 슬로우 이레이즈(slow erase) 현상이 발생된다. 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. In addition, as the number of erase operations increases, a past program phenomenon in which a threshold voltage becomes higher than a target voltage in a program operation, or a slow erase phenomenon in which the threshold voltage does not sufficiently decrease to a target voltage in an erase operation. Is generated. Referring to Figure 2 in more detail as follows.
도 2는 종래 기술에서 소거 동작 횟수에 따른 슬로우 이레이즈 특성 및 패스트 프로그램 특성을 보여주는 특성 그래프이다. 2 is a characteristic graph illustrating a slow erasure characteristic and a fast program characteristic according to the number of erase operations in the prior art.
도 2를 참조하면, 동일한 조건에서 프로그램 또는 소거 동작을 실시하더라도, 누적된 소거 횟수가 증가할수록 프로그램 동작이나 소거 동작을 실시한 후의 문턱전압이 목표 전압보다 점점 더 높아진다. 이는, 프로그램 동작이 빠르게 진행되거나 소거 동작이 느리게 진행되는 것을 의미하며, 이러한 현상은 소거 동작 시 워드라인과 벌크 사이의 높은 전압차에 의해 발생된다. 즉, 소거 동작 시 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 클수록 패스트 프로그램과 슬로우 이레이즈 현상은 보다 더 심하게 발생한다. Referring to FIG. 2, even when the program or erase operation is performed under the same condition, as the accumulated erase count increases, the threshold voltage after the program operation or the erase operation is higher than the target voltage. This means that the program operation proceeds quickly or the erase operation proceeds slowly. This phenomenon is caused by the high voltage difference between the word line and the bulk during the erase operation. In other words, the larger the voltage difference between the word line and the bulk during the erase operation, the more severe the fast program and slow erase phenomenon.
도 3은 종래 기술에서 소거 전압의 레벨에 슬로우 이레이즈 특성 및 패스트 프로그램 특성을 보여주는 특성 그래프이다. 3 is a characteristic graph showing slow erasure characteristics and fast program characteristics at the level of the erase voltage in the prior art.
도 3을 참조하면, 워드라인과 벌크사이의 전압차가 높은 상태에서 소거 동작을 실시하는 경우(high potential erase), 패스트 프로그램 현상과 슬로우 이레이즈 현상이 심하게 발생되는 것을 알 수 있다. 하지만, 워드라인과 벌크사이의 전압차가 상대적으로 낮은 상태에서 소거 동작을 실시하는 경우(low potential erase), 패스트 프로그램 현상과 슬로우 이레이즈 현상이 상대적으로 덜 발생되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, when the erase operation is performed while the voltage difference between the word line and the bulk is high (high potential erase), a fast program phenomenon and a slow erase phenomenon may occur. However, when the erase operation is performed in a state where the voltage difference between the word line and the bulk is relatively low (low potential erase), the fast program phenomenon and the slow erasure phenomenon are relatively less likely to occur.
이렇듯, 패스트 프로그램 현상과 슬로우 이레이즈 현상이 발생되는 것을 억제하기 위해서는 워드라인과 벌크사이의 전압차를 낮춘 상태에서 소거 동작을 실시해야 한다. 하지만, 이 경우 소거 동작 시간이 길어지며, 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있다. 소거 동작을 실시한 후에는 소거 검증을 실시하는데, 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않은 경우에는 해당 블록을 인밸리드 블록(invalid block)으로 처리하여 사용하지 않는다. 그러면, 사용가능한 블록의 수가 감소하게 되고, 그 결과로 데이터 저장 용량이 감소하는 문제점이 발생된다. As described above, in order to suppress the occurrence of the fast program phenomenon and the slow erasure phenomenon, the erase operation should be performed with the voltage difference between the word line and the bulk lowered. However, in this case, the erase operation time is long, and the erase operation may not be normally performed. After the erase operation is performed, erase verification is performed. If the erase operation is not performed normally, the corresponding block is not treated as an invalid block. This results in a reduction in the number of available blocks, resulting in a reduction in data storage capacity.
이에 대하여, 본 발명이 제시하는 플래시 메모리 장치 및 그 소거 동작 제어 방법은 블록 단위로 이루어지는 소거 동작에서 비선택된 블록의 로컬 워드라인들에 인가된 소거 방지 전압이 누설전류에 의해 낮아져 소거 동작이 진행되는 것을 방지하기 위하여 글로벌 워드라인에 소정의 양전압을 인가하여 비선택된 블록이 소거되는 것을 방지함과 동시에 소거 동작 횟수의 증가에 패스트 프로그램 또는 슬로우 이레이즈 현상이 발생되는 것을 방지하고, 소거 대상 블록의 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면 로컬 워드라인과 벌크 사이의 전압차이가 증가되도록 글로벌 워드라인에 인가되는 양전압이나 소거 대상 블록의 벌크에 인가되는 전압을 조절하여 소거 동작을 재실시함으로써, 소거 동작에 대한 신뢰성을 향상시켜 소거 불량에 의해 사용 불가능한 블록이 발생되는 것을 최소화할 수 있다. In contrast, in the flash memory device and the erase operation control method of the present invention, the erase operation is performed because the erase protection voltage applied to the local word lines of the unselected block is lowered by the leakage current in the erase operation in the block unit. In order to prevent the block from being erased by applying a predetermined positive voltage to the global word line, it is possible to prevent the occurrence of a fast program or a slow erase phenomenon due to an increase in the number of erase operations, and If the erase operation is not performed normally, the erase operation is performed again by adjusting the positive voltage applied to the global word line or the voltage applied to the bulk of the block to be erased so as to increase the voltage difference between the local word line and the bulk. Improved reliability for use by erase failure It is possible to minimize the occurrence of impossible blocks.
본 발명의 제1 실시예에 따른 플래시 메모리 장치는 로컬 드레인 셀렉트 라인, 로컬 소스 셀렉트 라인, 및 다수의 메모리 셀들이 연결된 로컬 워드라인들을 각각 포함하는 제1 및 제2 메모리 셀 블록들과, 블록 선택 신호에 따라 로컬 워드라인들을 글로벌 워드라인들과 각각 연결시키기 위한 블록 선택부와, 소거 동작 중 제1 소거 동작 동안 제1 소거 전압을 글로벌 워드라인들로 인가하고, 제1 소거 동작이 비정상적으로 완료되면 새로운 제2 소거 동작 동안 제1 소거 전압과 다른 레벨의 제2 소거 전압을 글로벌 워드라인들로 인가하기 위한 제1 바이어스 전압 발생기, 및 소거 동작 동안 메모리 셀들의 벌크로 벌크 전압을 인가하기 위한 벌크 전압 발생기를 포함한다. A flash memory device according to a first embodiment of the present invention includes first and second memory cell blocks each including a local drain select line, a local source select line, and local word lines to which a plurality of memory cells are connected, and block selection. A block selector for connecting the local word lines to the global word lines in accordance with the signal, applying a first erase voltage to the global word lines during the first erase operation during the erase operation, and the first erase operation is abnormally completed. A first bias voltage generator for applying a second erase voltage at a level different from the first erase voltage to the global word lines during the new second erase operation, and a bulk for applying the bulk voltage to the bulk of the memory cells during the erase operation. And a voltage generator.
상기에서, 글로벌 워드라인들로 인가되는 소거 전압은 새로운 소거 동작 때마다 낮아지며, 소거 동작은 소정의 횟수만큼 실시되면 종료된다. 제1 바이어스 전압 발생기는 제1 소거 동작 시 로컬 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 15V가 되도록 소거 전압을 발생시킨다. 글로벌 워드라인들로 인가되는 소거 전압은 새로운 소거 동작이 실시될 때마다 0.1V 내지 0.5V 범위 내에서 일차함수, 2차함수 또는 지수함수적으로 감소된다. In the above, the erase voltage applied to the global word lines is lowered for each new erase operation, and the erase operation is terminated after a predetermined number of times. The first bias voltage generator generates an erase voltage such that the voltage difference between the local word line and the bulk becomes 15V during the first erase operation. The erase voltage applied to the global word lines is reduced linearly, quadratic, or exponentially within a range of 0.1V to 0.5V each time a new erase operation is performed.
한편, 메모리 셀들에 저장된 데이터를 독출하기 위한 페이지 버퍼, 및 페이지 버퍼에 저장된 데이터를 데이터 입출력 버퍼와 제1 바이어스 전압 발생기로 출력하기 위한 Y-디코더를 더 포함한다. 제1 바이어스 전압 발생기는 Y-디코더로부터 출력된 데이터에 따라 제1 소거 전압을 제2 소거 전압으로 변경한다. The apparatus further includes a page buffer for reading data stored in the memory cells, and a Y-decoder for outputting data stored in the page buffer to the data input / output buffer and the first bias voltage generator. The first bias voltage generator changes the first erase voltage to the second erase voltage according to the data output from the Y-decoder.
본 발명의 제2 실시예에 따른 플래시 메모리 장치는 로컬 드레인 셀렉트 라인, 로컬 소스 셀렉트 라인, 및 다수의 메모리 셀들이 연결된 로컬 워드라인들을 각각 포함하는 메모리 셀 블록들과, 블록 선택 신호에 따라 로컬 워드라인들을 글로벌 워드라인들과 각각 연결하기 위한 블록 선택부와, 소거 동작 중 글로벌 워드라인들로 양전위의 소거 전압을 인가하기 위한 제1 바이어스 전압 발생기, 및 소거 동작 중 제1 소거 동작 동안 제1 벌크 전압을 메모리 셀들의 벌크로 인가하고, 제1 소거 동작이 비정상적으로 완료되면 새로운 제2 소거 동작 동안 제1 소거 전압과 다른 레벨의 제2 소거 전압을 벌크로 인가하기 위한 벌크 전압 발생기를 포함한다. A flash memory device according to a second embodiment of the present invention includes memory cell blocks each including a local drain select line, a local source select line, and local word lines to which a plurality of memory cells are connected, and a local word according to a block selection signal. A block selector for connecting the lines with the global word lines, a first bias voltage generator for applying a positive voltage to the global word lines during the erase operation, and a first during the first erase operation during the erase operation. A bulk voltage generator for applying a bulk voltage to the bulk of the memory cells and for applying a second erase voltage of a level different from the first erase voltage to the bulk during a new second erase operation when the first erase operation is abnormally completed. .
상기에서, 제1 소거 동작은 소거 동작을 위해 선택된 메모리 셀들이 제1 소거 동작에 의해 모두 소거되지 않으면 비정상적으로 완료된 것으로 판단된다. 벌크 전압 발생기는 최초 소거 동작 시 로컬 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 15V가 되도록 제1 벌크 전압을 발생시키며, 새로운 소거 동작이 실시될 때마다 제1 벌크 전압을 0.5V 내지 1V 범위 내에서 일차함수, 이차함수 또는 지수함수적으로 증가시킨다. In the above, the first erase operation is determined to be abnormally completed unless all of the memory cells selected for the erase operation are erased by the first erase operation. The bulk voltage generator generates a first bulk voltage such that the voltage difference between the local wordline and the bulk is 15V during the initial erase operation, and the first bulk voltage within a range of 0.5V to 1V for each new erase operation is performed. , To increase quadratic or exponentially.
한편, 메모리 셀들에 저장된 데이터를 독출하기 위한 페이지 버퍼, 및 페이지 버퍼에 저장된 데이터를 데이터 입출력 버퍼와 벌크 전압 발생기로 출력하기 위한 Y-디코더를 더 포함한다. 벌크 전압 발생기는 Y-디코더로부터 출력된 데이터에 따라 제2 소거 동작을 실시하기 위하여 제2 벌크 전압을 생성한다.The apparatus further includes a page buffer for reading data stored in the memory cells, and a Y-decoder for outputting data stored in the page buffer to the data input / output buffer and the bulk voltage generator. The bulk voltage generator generates a second bulk voltage to perform a second erase operation in accordance with the data output from the Y-decoder.
본 발명의 제3 실시예에 따른 플래시 메모리 장치는 로컬 드레인 셀렉트 라 인, 로컬 소스 셀렉트 라인, 및 다수의 메모리 셀들이 연결된 로컬 워드라인들을 각각 포함하는 메모리 셀 블록들과, 블록 선택 신호에 따라 로컬 워드라인들을 글로벌 워드라인들과 각각 연결하기 위한 블록 선택부와, 소거 동작 시 글로벌 워드라인들로 양전위의 소거 전압을 인가하고, 소거되지 않은 메모리 셀이 존재하면 소거 동작의 재실시를 위해 소거 전압의 레벨을 낮추어 글로벌 워드라인으로 인가하기 위한 제1 바이어스 전압 발생기, 및 소거 동작 시 메모리 셀들의 벌크로 벌크 전압을 인가하고, 소거되지 않은 메모리 셀이 존재하면 소거 동작의 재실시를 위해 벌크 전압의 레벨을 높여 벌크로 인가하기 위한 벌크 전압 발생기를 포함한다. A flash memory device according to a third embodiment of the present invention includes memory cell blocks each including a local drain select line, a local source select line, and a local word line to which a plurality of memory cells are connected, and a local according to a block selection signal. A block selector for connecting the word lines to the global word lines, and an erase voltage having a positive potential applied to the global word lines during an erase operation, and erased for re-execution of the erase operation if an unerased memory cell exists. A first bias voltage generator for lowering the level of the voltage and applying it to the global word line, and applying the bulk voltage to the bulk of the memory cells during the erase operation, and if the non-erased memory cell exists, the bulk voltage to re-execute the erase operation It includes a bulk voltage generator for applying the bulk at a higher level.
상기에서, 제1 바이어스 전압 발생기와 벌크 전압 발생기는 최초 소거 동작 시 로컬 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 15V가 되도록 소거 전압 및 벌크 전압을 각각 발생시키고, 소거 동작을 재실시할 때는 로컬 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 15V보다 높아지도록 소거 전압의 레벨을 감소시키면서 벌크 전압을 증가시킨다. 제1 바이어스 전압 발생기는 소거 전압을 0.1V 내지 0.5V 단위로 일차함수적으로 감소시키거나 이차함수적으로 감소시키거나 지수함수적으로 감소시키고, 벌크 전압 발생기는 벌크 전압을 0.5V 내지 1V 단위로 일차함수적으로 증가시키거나 이차함수적으로 증가시키거나 지수함수적으로 증가시킨다. In the above description, the first bias voltage generator and the bulk voltage generator generate the erase voltage and the bulk voltage so that the voltage difference between the local word line and the bulk becomes 15 V during the initial erase operation, and the local word line and the bulk voltage generator when the erase operation is performed again. The bulk voltage is increased while reducing the level of the erase voltage so that the voltage difference between the bulk is higher than 15V. The first bias voltage generator first decreases the erase voltage by 0.1V to 0.5V, or the second decreases or exponentially, and the bulk voltage generator reduces the bulk voltage by 0.5V to 1V. Increase primarily or quadraticly or exponentially.
한편, 메모리 셀들에 저장된 데이터를 독출하기 위한 페이지 버퍼, 및 페이지 버퍼에 저장된 데이터를 데이터 입출력 버퍼, 벌크 전압 발생기 및 제1 바이어스 전압 발생기로 출력하기 위한 Y-디코더를 더 포함한다. 제1 바이어스 전압 발생기 및 벌크 전압 발생기는 Y-디코더로부터 출력된 데이터 중 소거되지 않은 상태를 나타내는 데이터가 검출되면 소거 동작을 재실시하기 위하여 각각 소거 전압의 레벨을 낮추고 벌크 전압의 레벨을 높인다. The apparatus further includes a page buffer for reading data stored in the memory cells, and a Y-decoder for outputting data stored in the page buffer to the data input / output buffer, the bulk voltage generator, and the first bias voltage generator. When the first bias voltage generator and the bulk voltage generator detect data indicating an unerased state among data output from the Y-decoder, the first bias voltage generator and the bulk voltage generator lower the level of the erase voltage and increase the level of the bulk voltage, respectively, in order to perform the erase operation.
로우 어드레스 신호를 디코딩하여 블록 선택 신호를 고전압 발생부로 출력하는 X-디코더를 더 포함할 수 있다. 또한, 로컬 드레인 셀렉트 라인 및 로컬 소스 셀렉트 라인으로 프로그램, 리드 및 소거 동작 중 어느 하나의 동작에 따라 소정의 동작 전압을 인가하기 위한 제2 바이어스 전압 발생기를 더 포함할 수 있다. The method may further include an X-decoder for decoding the row address signal and outputting the block selection signal to the high voltage generator. The apparatus may further include a second bias voltage generator for applying a predetermined operating voltage to the local drain select line and the local source select line according to any one of a program, a read, and an erase operation.
제1 바이어스 전압 발생기는, 리드 명령에 응답하여 리드 동작에 필요한 리드 전압들을 발생하는 제1 펌프 회로와, 프로그램 명령에 응답하여 프로그램 동작에 필요한 프로그램 전압들을 발생하는 제2 펌프 회로와, 소거 명령에 응답하여 소거 전압을 발생하고, Y-디코더로부터 출력된 데이터 중 소거되지 않은 상태를 나타내는 데이터가 검출되면 소거 전압의 레벨을 낮추어 출력하는 제3 펌프 회로, 및 동작 명령 신호에 응답하여 리드 전압들 또는 프로그램 전압들 또는 소거 전압을 선택하고, 그 선택된 전압을 글로벌 워드 라인들에 각각 출력하는 바이어스 전압 선택부를 포함한다. 바이어스 전압 선택부는, 동작 명령 신호에 기초하여 선택 신호들을 발생하는 선택 신호 발생기, 및 글로벌 워드 라인들에 각각 연결되고, 선택 신호들에 응답하여 리드 전압들, 프로그램 전압들, 및 소거 전압 중 하나를 대응하는 글로벌 워드 라인에 각각 출력하는 선택 회로들을 포함한다. The first bias voltage generator includes: a first pump circuit for generating read voltages for a read operation in response to a read command; a second pump circuit for generating program voltages for a program operation in response to a program command; and an erase command. A third pump circuit which generates an erase voltage in response and decreases the level of the erase voltage when data indicating an unerased state is detected among data output from the Y-decoder, and read voltages in response to an operation command signal or And a bias voltage selector for selecting program voltages or erase voltages and outputting the selected voltages to global word lines, respectively. The bias voltage selector is connected to a select signal generator that generates select signals based on an operation command signal, and global word lines, respectively, and selects one of read voltages, program voltages, and erase voltages in response to the select signals. Select circuits respectively output to corresponding global word lines.
본 발명의 제1 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 소거 동작 제어 방법은 블록 선택 신호에 따라 선택된 블록의 로컬 워드라인들과 글로벌 워드라인들을 각각 전기적으로 연결하는 단계와, 소거 명령에 따라 양전위의 소거 전압을 글로벌 워드라인에 인가하고 메모리 셀의 벌크로 소거 전압보다 높은 벌크 전압을 인가하여 소거 동작을 실시하는 단계와, 소거 동작이 정상적으로 이루어졌는지를 판단하는 검증 단계, 및 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않은 경우 로컬 워드라인과 벌크의 전압차가 보다 더 커지도록 소거 전압의 레벨을 낮추어 소거 동작을 재실시하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present disclosure, a method of controlling an erase operation of a flash memory device may include electrically connecting local word lines and global word lines of a selected block according to a block selection signal, and between the positive potentials according to an erase command. Performing an erase operation by applying an erase voltage to the global word line and applying a bulk voltage higher than the erase voltage to the bulk of the memory cell, a verification step of determining whether the erase operation is normally performed, and an erase operation is not normally performed. Otherwise, the erase operation is performed by lowering the level of the erase voltage such that the voltage difference between the local word line and the bulk becomes larger.
상기에서, 검증 단계 및 소거 동작의 재실시 단계는 소거 전압을 소정의 레벨만큼 낮추면서 소정의 횟수만큼 반복하며, 소정 횟수까지 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면 해당 블록을 인밸리드 블록으로 처리할 수 있다. In the above, the verifying and erasing operations may be repeated by a predetermined number of times while lowering the erase voltage by a predetermined level. If the erase operation is not performed by the predetermined number of times, the corresponding block may be treated as an invalid block. have.
본 발명의 제2 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 소거 동작 제어 방법은 블록 선택 신호에 따라 선택된 블록의 로컬 워드라인들과 글로벌 워드라인들을 각각 전기적으로 연결하는 단계와, 소거 명령에 따라 양전위의 소거 전압을 글로벌 워드라인에 인가하고 메모리 셀의 벌크로 소거 전압보다 높은 벌크 전압을 인가하여 소거 동작을 실시하는 단계와, 소거 동작이 정상적으로 이루어졌는지를 판단하는 검증 단계, 및 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않은 경우 로컬 워드라인과 벌크의 전압차가 보다 더 커지도록 벌크 전압의 레벨을 높여 소거 동작을 재실시하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, a method of controlling an erase operation of a flash memory device may include electrically connecting local word lines and global word lines of a selected block according to a block selection signal, Performing an erase operation by applying an erase voltage to the global word line and applying a bulk voltage higher than the erase voltage to the bulk of the memory cell, a verification step of determining whether the erase operation is normally performed, and an erase operation is not normally performed. If not, increasing the level of the bulk voltage so that the voltage difference between the local word line and the bulk becomes larger.
상기에서, 검증 단계 및 소거 동작의 재실시 단계는 벌크 전압을 소정의 레벨만큼 높이면서 소정의 횟수만큼 반복하며, 소정 횟수까지 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면 해당 블록을 인밸리드 블록으로 처리할 수 있다. In the above description, the verifying and erasing operations may be repeated a predetermined number of times while increasing the bulk voltage by a predetermined level. If the erase operation is not performed until the predetermined number of times, the corresponding block may be treated as an invalid block. have.
본 발명의 제3 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 소거 동작 제어 방법은 블록 선택 신호에 따라 선택된 블록의 로컬 워드라인들과 글로벌 워드라인들을 각각 전기적으로 연결하는 단계와, 소거 명령에 따라 양전위의 소거 전압을 글로벌 워드라인에 인가하고 메모리 셀의 벌크로 소거 전압보다 높은 벌크 전압을 인가하여 소거 동작을 실시하는 단계와, 소거 동작이 정상적으로 이루어졌는지를 판단하는 검증 단계, 및 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않은 경우 로컬 워드라인과 벌크의 전압차가 보다 더 커지도록 소거 전압 및 벌크 전압의 레벨을 동시에 조절하여 소거 동작을 재실시하는 단계를 포함한다. According to a third embodiment of the present invention, a method of controlling an erase operation of a flash memory device may include electrically connecting local word lines and global word lines of a selected block according to a block selection signal, and between positive potentials according to an erase command. Performing an erase operation by applying an erase voltage to the global word line and applying a bulk voltage higher than the erase voltage to the bulk of the memory cell, a verification step of determining whether the erase operation is normally performed, and an erase operation is not normally performed. If not, the step of performing the erase operation by simultaneously adjusting the levels of the erase voltage and the bulk voltage so that the voltage difference between the local word line and the bulk becomes larger.
상기에서, 검증 단계 및 소거 동작의 재실시 단계는 소거 전압의 레벨을 소정의 레벨만큼 낮추고 벌크 전압을 소정의 레벨만큼 높이면서 소정의 횟수만큼 반복하며, 소정 횟수까지 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면 해당 블록을 인밸리드 블록으로 처리할 수 있다. In the above, the verifying and erasing operation may be repeated by a predetermined number of times by lowering the level of the erase voltage by a predetermined level and by increasing the bulk voltage by a predetermined level. You can treat the block as an invalidated block.
또한, 로컬 워드라인 및 벌크 사이의 전압차가 최소한 15V 이상이 되도록 소거 전압 및 벌크 전압의 레벨을 설정하는 것이 바람직하다. It is also desirable to set the levels of the erase voltage and bulk voltage such that the voltage difference between the local word line and the bulk is at least 15V.
소거 전압은 로컬 워드라인 및 벌크 사이의 전압차가 최소한 15V 이상이 되는 범위에서 전압차가 증가하도록 0.1V 내지 0.5V 단위로 낮아질 수 있으며, 지수 함수적으로 낮아질 수도 있다. The erase voltage may be lowered in 0.1V to 0.5V units and may be exponentially lowered so that the voltage difference increases in a range where the voltage difference between the local word line and the bulk becomes at least 15V or more.
벌크 전압은 로컬 워드라인 및 벌크 사이의 전압차가 최소한 15V 이상이 되는 범위에서 전압차가 증가하도록 0.5V 내지 1V 단위로 높아질 수 있으며, 지수함수적으로 높아질 수도 있다. The bulk voltage may be increased in units of 0.5V to 1V, and may be exponentially increased so that the voltage difference increases in a range where the voltage difference between the local word line and the bulk becomes at least 15V or more.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only this embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 블록도이다.4 is a block diagram of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참고하면, 플래시 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(110), 입력 버퍼(120), 제어 로직 회로(130), 고전압 발생기(140), X-디코더(150), 블록 선택부(160), 페이지 버퍼(170), Y-디코더(180), 및 데이터 입출력 버퍼(190)를 포함한다. 상기 메모리 셀 어레이(110)는 각각 복수의 메모리 셀들(미도시)을 포함하는 메모리 셀 블록들(MB1-MBK)(K는 정수)을 포함한다. 상기 입력 버퍼(120)는 커맨드 신호(CMD) 또는 어드레스 신호(ADD)를 수신하여 상기 제어 로직 회로(130)에 출력한다. 상기 제어 로직 회로(130)는 외부 제어 신호들(/WE, /RE, ALE, CLE)에 응답하여 상기 커맨드 신호(CMD) 또는 상기 어드레스 신호(ADD)를 수신한다. 상기 제어 로직 회로(130)는 상기 커맨드 신호(CMD)에 응답하여 리드 명령(READ), 프로그램 명령(PGM), 및 소거 명령(ERS) 중 하나를 발생한다. 또, 상기 제어 로직 회로(130)는 상기 어드레스 신호(ADD)에 기초하여, 로우 어드레스 신호(RADD)와 칼럼 어드레스 신호(CADD)를 발생한다.Referring to FIG. 4, the
상기 고전압 발생기(140)는 벌크 전압 발생기(40), 제1 바이어스 전압 발생기(50), 및 제2 바이어스 전압 발생기(60)를 포함한다. 상기 벌크 전압 발생기(40)는 상기 리드 명령(READ), 상기 프로그램 명령(PGM) 및 상기 소거 명령(ERS) 중 하나에 응답하여 벌크 전압(VCB)을 발생하고, 상기 벌크 전압(VCB)을 상기 메모리 셀들의 P-웰에 공급한다. 좀 더 상세하게는, 상기 리드 명령(READ) 또는 상기 프로그램 명령(PGM)에 응답하여, 상기 벌크 전압 발생기(40)가 상기 벌크 전압(VCB)을 저전압(예를 들어, 0V) 레벨로 발생한다. 또, 상기 소거 명령(ERS)에 응답하여 상기 벌크 전압 발생기(40)가 상기 벌크 전압(VCB)을 고전압(예를 들어, 16V 내지 20V) 레벨로 발생한다. 한편, 소거 동작 후에는 Y-디코더(180)로부터 출력되는 데이터에 따라 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않은 셀이 존재할 경우 벌크 전압(VCB)의 레벨을 조절한다. 예로써, 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않았을 경우 벌크 전압(VCB)의 레벨을 0.5V 또는 1V 단위로 상승시키며, 상승폭은 설계에 따라 변경될 수 있다. The high voltage generator 140 includes a
상기 제1 바이어스 전압 발생기(50)는 상기 리드 명령(READ), 상기 프로그램 명령(PGM), 및 상기 소거 명령(ERS) 중 하나에 응답하여 드레인 바이어스 전압(VGD)과 소스 바이어스 전압(VGS)을 발생하고, 상기 드레인 바이어스 전압(VGD)을 글로벌 드레인 선택 라인(GDSL)에 공급하고, 상기 소스 바이어스 전압(VGS)을 글로벌 소스 선택 라인(GSSL)에 공급한다. 좀 더 상세하게는, 상기 리드 명령(READ)에 응답하여, 상기 제1 바이어스 전압 발생기(50)가 상기 드레인 바이어스 전압(VGD)과 상기 소스 바이어스 전압(VGS)을 고전압(예를 들어, 4.5V) 레벨로 발 생한다. 또, 상기 프로그램 명령(PGM)에 응답하여, 상기 제1 바이어스 전압 발생기(50)가 상기 드레인 바이어스 전압(VGD)을 내부 전압(VCC, 미도시) 레벨로 발생하고, 상기 소스 바이어스 전압(VGS)을 상기 저전압 레벨로 발생한다. 또, 상기 소거 명령(ERS)에 응답하여, 상기 제1 바이어스 전압 발생기(50)가 상기 드레인 바이어스 전압(VGD)과 상기 소스 바이어스 전압(VGS)을 상기 저전압 레벨로 발생한다.The first
상기 제2 바이어스 전압 발생기(60)는 상기 리드 명령(READ), 상기 프로그램 명령(PGM), 및 상기 소거 명령(ERS) 중 하나와 디코딩 신호(DEC)에 응답하여 워드 라인 바이어스 전압들(VWF1-VWFJ)(J는 정수) 또는 워드 라인 바이어스 전압들(VWS1-VWSJ)(J는 정수) 또는 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)(J는 정수)을 발생하여, 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)(J는 정수)에 공급한다. 좀 더 상세하게는, 상기 리드 명령(READ)에 응답하여, 상기 제2 바이어스 전압 발생기(60)가 워드 라인 바이어스 전압들(VWF1-VWFJ)을 발생한다. 또, 상기 프로그램 명령(PGM)에 응답하여 상기 제2 바이어스 전압 발생기(60)가 상기 워드 라인 바이어스 전압들(VWS1-VWSJ)을 발생한다. 또, 상기 소거 명령(ERS)에 응답하여 상기 제2 바이어스 전압 발생기(60)가 상기 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)을 발생한다. 여기서, 제2 바이어스 전압 발생기(60)는 소거 명령(ERS) 입력 시 0V보다 높은 양전압을 발생시키며, 소거 동작 후에는 Y-디코더(180)로부터 출력되는 데이터에 따라 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않은 셀이 존재할 경우 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)의 레벨을 조절한다. 예로써, 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않았을 경우 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)의 레벨을 0.1V 내지 0.5V 단위 로 낮추어 출력하며, 하강폭은 설계에 따라 변경될 수 있다. The second
상기에서, 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면 벌크 전압 발생기(40)와 제2 워드라인 전압 발생기(60)가 출력 전압의 레벨을 조절하는데, 이는 워드라인과 벌크 사이의 전압차를 증가시켜 소거 동작을 재실시하기 위한 것이다. 여기서, 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 증가되도록 벌크 전압 발생기(40)와 제2 워드라인 전압 발생기(60) 중 어느 하나만이 출력 전압의 레벨을 조절할 수 있으며, 두개가 동시에 출력 전압의 레벨을 조절할 수도 있다. 보다 자세한 것은 후술하기로 한다. In the above, when the erase operation is not normally performed, the
상기 X-디코더(150)는 상기 로우 어드레스 신호(RADD)를 디코딩하여, 상기 디코딩 신호(DEC)를 출력한다. 상기 블록 선택부(160)는 상기 디코딩 신호(DEC)에 응답하여, 상기 메모리 셀 블록들(MB1-MBK) 중 하나 또는 일부를 선택하고, 그 선택된 메모리 셀 블록(또는 메모리 셀 블록들)의 로컬 워드 라인들(WL11-WL1J, 도 5 참고)을 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 연결시킨다. 또, 상기 블록 선택부(160)는 상기 선택된 메모리 셀 블록의 드레인 선택 라인(DSL1-DSLK 중 하나, 도 5 참고)을 상기 글로벌 드레인 선택 라인(GDSL)에 연결하고, 상기 선택된 메모리 셀 블록의 소스 선택 라인(SSL1-SSLK 중 하나, 도 5 참고)을 상기 글로벌 소스 선택 라인(GSSL)에 연결한다. 상기 페이지 버퍼(170), 상기 Y-디코더(180), 및 상기 데이터 입출력 버퍼(190)의 구성 및 구체적인 동작은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.The
도 5는 도 4에 도시된 메모리 셀 어레이, 블록 선택부, 제2 바이어스 전압 발생기, 벌크 전압 발생기 및 X-디코더를 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating in detail a memory cell array, a block selector, a second bias voltage generator, a bulk voltage generator, and an X-decoder shown in FIG. 4.
도 5를 참고하면, 메모리 셀 어레이(110)의 메모리 셀 블록(MB1)은 메모리 셀들(M111-M1JT)(J,T는 정수), 드레인 선택 트랜지스터(DST1), 및 소스 선택 트랜지스터(SST1)를 포함한다. 상기 메모리 셀들(M111-M1JT)은 비트 라인들(BL1-BLT)(T는 정수), 로컬 워드 라인들(WL11-WL1J)(J는 정수), 및 공통 소스 라인(CSL1)을 공유한다. 즉, 상기 메모리 셀들(M111-M11T)은 상기 드레인 선택 트랜지스터(들)(DST1)를 통하여 상기 비트 라인들(BL1-BLT)에 각각 연결되고, 상기 메모리 셀들(M1J1-M1JT)은 상기 소스 선택 트랜지스터(들)(SST1)를 통하여 상기 공통 소스 라인(CSL1)에 연결된다. 또, 상기 메모리 셀들(M111-M1JT)의 게이트들은 상기 로컬 워드 라인들(WL11-WL1J)에 연결된다. 한편, 상기 드레인 선택 트랜지스터(들)(DST1)의 게이트들은 로컬 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결되고, 상기 소스 선택 트랜지스터(들)(SST1)의 게이트들은 로컬 소스 선택 라인(SSL1)에 연결된다.Referring to FIG. 5, the memory cell block MB1 of the
상기 메모리 셀 어레이(110)의 메모리 셀 블록들(MB2-MBK)의 구성은 상기 메모리 셀 블록(MB1)의 구성과 유사하므로, 그 상세한 설명은 생략된다. 상기 블록 선택부(160)는 블록 스위치부(161)와 복수의 스위칭부(PG1-PGK)(K는 정수)를 포함한다. 상기 블록 스위치부(161)는 상기 X-디코더(150)로부터 수신되는 디코딩 신호(DEC)에 응답하여 블록 선택 신호들(BSEL1-BSELK)(K는 정수)을 출력한다. 복수의 스위칭부(PG1-PGK)는 상기 메모리 셀 블록들(MB1-MBK)에 각각 하나씩 대응하게 배치되고, 상기 블록 선택 신호들(BSEL1-BSELK)에 각각 응답하여 인에이블되거나 또 는 디세이블된다.Since the configuration of the memory cell blocks MB2-MBK of the
상기 복수의 스위칭부(PG1-PGK) 각각은 복수의 스위칭 소자들을 포함한다. 예를 들어, 상기 스위칭부(PG1)는 스위칭 소자들(GD1, G11-G1J, GS1)을 포함한다. 상기 스위칭부들(PG2-PGK)의 구성 및 구체적인 동작은 상기 스위칭부(PG1)와 유사하므로, 상기 스위칭부(PG1)의 동작을 중심으로 설명하기로 한다. 바람직하게, 상기 스위칭 소자들(GD1, G11-G1J, GS1)은 NMOS 트랜지스터들로 구현될 수 있다. 이하, 상기 스위칭 소자들(GD1, G11-G1J, GS1)이 NMOS 트랜지스터들로서 참조된다. NMOS 트랜지스터들(GD1, G11-G1J, GS1)의 게이트들에는 상기 블록 선택 신호(BSEL1)가 입력된다. 상기 NMOS 트랜지스터(GD1)의 소스는 글로벌 드레인 선택 라인(GDSL)에 연결되고, 그 드레인은 상기 로컬 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결된다. 상기 NMOS 트랜지스터들(G11-G1J)의 소스들은 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 연결되고, 그 드레인들은 상기 로컬 워드 라인들(WL11-WL1J)에 각각 연결된다. 상기 NMOS 트랜지스터(GS1)의 소스는 글로벌 소스 선택 라인(GSSL)에 연결되고, 그 드레인은 상기 로컬 소스 선택 라인(SSL1)에 연결된다. 상기 NMOS 트랜지스터들(GD1, G11-G1J, GS1)은 상기 블록 선택 신호(BSEL1)에 응답하여 동시에 턴 온되거나 또는 오프된다. 좀 더 상세하게는, 상기 블록 선택 신호(BSEL1)가 인에이블될 때 상기 NMOS 트랜지스터들(GD1, G11-G1J, GS1)이 턴 온되고, 상기 블록 선택 신호(BSEL1)가 디세이블될 때 상기 NMOS 트랜지스터들(GD1, G11-G1J, GS1)이 턴 오프된다. 상기 NMOS 트랜지스터들(GD1, G11-G1J, GS1)이 턴 온될 때, 상기 글로벌 드레인 선택 라인(GDSL)이 상기 로컬 드레인 선택 라인(DSL1)에, 상기 글로벌 소스 선택 라인(GSSL)이 상기 로컬 소스 선택 라인(SSL1)에, 및 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)이 상기 로컬 워드 라인들(WL11-WL1J)에 각각 연결된다.Each of the plurality of switching units PG1-PGK includes a plurality of switching elements. For example, the switching unit PG1 includes switching elements GD1, G11-G1J, and GS1. Since the configuration and specific operations of the switching units PG2-PGK are similar to those of the switching unit PG1, the operation of the switching unit PG1 will be described. Preferably, the switching elements GD1, G11-G1J, GS1 may be implemented with NMOS transistors. Hereinafter, the switching elements GD1, G11-G1J and GS1 are referred to as NMOS transistors. The block select signal BSEL1 is input to gates of the NMOS transistors GD1, G11-G1J, and GS1. The source of the NMOS transistor GD1 is connected to a global drain select line GDSL, and the drain thereof is connected to the local drain select line DSL1. Sources of the NMOS transistors G11-G1J are respectively connected to global word lines GWL1-GWLJ, and drains thereof are respectively connected to the local word lines WL11-WL1J. A source of the NMOS transistor GS1 is connected to a global source select line GSSL, and a drain thereof is connected to the local source select line SSL1. The NMOS transistors GD1, G11-G1J, and GS1 are simultaneously turned on or off in response to the block select signal BSEL1. More specifically, the NMOS transistors GD1, G11-G1J and GS1 are turned on when the block select signal BSEL1 is enabled, and the NMOS when the block select signal BSEL1 is disabled. Transistors GD1, G11-G1J and GS1 are turned off. When the NMOS transistors GD1, G11-G1J, and GS1 are turned on, the global drain select line GDSL is in the local drain select line DSL1, and the global source select line GSSL is selected in the local source. The line SSL1 and the global word lines GWL1 to GWLJ are connected to the local word lines WL11 to WL1J, respectively.
제2 바이어스 전압 발생기(60)는 제1 내지 제3 펌프 회로들(61, 62, 63)과 바이어스 전압 선택부(64)를 포함한다. 상기 제1 펌프 회로(61)는 리드 명령(READ)에 응답하여 리드 전압들(VRD1, VRD2)을 발생한다. 바람직하게, 상기 리드 전압(VRD1)은 고전압(예를 들어, 4.5V) 레벨을 가지며, 상기 리드 전압(VRD2)은 저전압(예를 들어, 0V) 레벨을 갖는다. 상기 메모리 셀 어레이(110)의 리드 동작시, 상기 리드 전압(VRD1)은 선택되지 않은 메모리 셀들(즉, 독출되지 않을 메모리 셀들)의 게이트들이 연결되는 로컬 워드 라인에 공급되고, 상기 리드 전압(VRD2)은 선택된 메모리 셀들(즉, 독출될 메모리 셀들)의 게이트들이 연결되는 로컬 워드 라인에 공급된다.The second
상기 제2 펌프 회로(62)는 프로그램 명령(PGM)에 응답하여 프로그램 전압들(VPG, VPS)을 발생한다. 바람직하게, 상기 프로그램 전압들(VPG, VPS)은 각각 고전압 레벨(예를 들어, VPG=18V, VPS=10V)을 가진다. 상기 메모리 셀 어레이(110)의 프로그램 동작시, 상기 프로그램 전압(VPG)은 프로그램될 메모리 셀들의 게이트들이 연결되는 로컬 워드 라인에 공급되고, 상기 프로그램(또는 패스(pass)) 전압(VPS)은 프로그램되지 않을 메모리 셀들의 게이트들이 연결되는 로컬 워드 라인에 공급된다. The
또, 상기 제3 펌프 회로(63)는 소거 명령(ERS)에 응답하여 0V보다 높은 포지티브 레벨의 소거 전압(VERS)을 발생한다. 즉, 소거 동작 시 선택된 블록의 워드라 인들에 OV보다 높은 레벨의 전압이 인가되도록 소거 전압(VERS)을 발생한다. 이때, 양전위의 소거 전압(VERS)에 의해 소거 동작이 이루어지는 블록에서 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 낮아지는데, 소거 전압(VERS)은 소거 동작이 이루어지는 블록에서 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 15V 내지 20V가 될 수 있을 정도의 레벨로 생성되는 것이 바람직하다. 한편, 소거 동작이 정상적으로 이루어졌는지를 판단하는 동작에서 Y-디코더(도 4의 180)로부터 출력되는 데이터 중 비소거 상태의 데이터(예를 들어, 0)가 검출(소거동작 실패)되면, 제3 펌프 회로(63)는 소거 전압(VERS)의 레벨을 0.1V 내지 0.5V 단위로 낮추어 출력한다. 이때, 하강폭은 설계에 따라 변경될 수 있다. 이때, 소거 전압(VERS)을 일차 또는 이차 함수적으로 낮출 수 있으며, 지수 함수적으로 낮출 수도 있다. 그러면, 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 증가되고, 증가된 전압차에 따라 소거 동작이 재실시된다. In addition, the
상기 바이어스 전압 선택부(64)는 상기 X-디코더(150)로부터 수신되는 디코딩 신호(DEC)에 응답하여 상기 리드 전압들(VRD1, VRD2)을 선택하여 워드 라인 바이어스 전압들(VWF1-VWFJ)로서 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 출력하거나 또는 상기 프로그램 전압들(VPG, VPS)을 선택하여 워드 라인 바이어스 전압들(VWS1-VWSJ)(J는 정수)로서 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 출력하거나 또는 상기 소거 전압(VERS)을 선택하여 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)로서 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 출력한다. 상기 제1 내지 제3 펌프 회로들(61, 62, 63)의 구체적인 구성 및 동작 설명은 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있으므로 생략하기로 한다.The
벌크 전압 발생기(40)는 소거 명령(ERS)에 응답하여 소거 동작 시 메모리 셀들(M111-M1JT)(J,T는 정수)이 형성된 벌크(예를 들어, P웰)에 인가할 고전압의 벌크 전압(VCB)을 생성한다. 이때, 벌크 전압(VCB)은 소거 동작이 이루어지는 블록에서 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 15V 내지 20V가 될 수 있을 정도의 레벨로 생성된다. 한편, 소거 동작이 정상적으로 이루어졌는지를 판단하는 동작에서 Y-디코더(도 4의 180)로부터 출력되는 데이터 중 비소거 상태의 데이터(예를 들어, 0)가 검출(소거동작 실패)되면, 벌크 전압 발생기(40)는 벌크 전압(VCB)의 레벨을 0.5V 내지 1V 단위로 높여 출력한다. 이때, 상승폭은 설계에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 벌크 전압(VCB)을 일차 또는 이차 함수적으로 높일 수 있으며, 지수 함수적으로 높일 수도 있다. 그러면, 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 증가되고, 증가된 전압차에 따라 소거 동작이 재실시된다. 그러면, 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 증가되고, 증가된 전압차에 따라 소거 동작이 재실시된다. The
상기에서처럼, 글로벌 워드라인에 양전압을 인가한 상태에서 소거 동작을 실시하고 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면, 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 증가되도록 제3 펌프 회로(63) 및 벌크 전압 발생기(40) 중 어느 하나 또는 이들 모드의 출력 전압을 조절하여 소거 동작을 재실시한다. 이때, 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 최소 15V에서 그 이상이 되도록 제3 펌프 회로(63) 또는 벌크 전압 발생기(40)의 출력 전압을 조절한다. As described above, when the erase operation is performed while the positive voltage is applied to the global word line, and the erase operation is not normally performed, the
도 6은 도 5에 도시된 메모리 셀들, 패스 게이트들, 벌크 전압 발생기 및 바이어스 전압 선택부를 상세히 나타내는 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating in detail the memory cells, pass gates, a bulk voltage generator, and a bias voltage selector illustrated in FIG. 5.
도 6을 참고하면, 바이어스 전압 선택부(64)는 선택 신호 발생기(65)와 선택 회로들(S1-SJ)(J는 정수)을 포함한다. 상기 선택 신호 발생기(65)는 디코딩 신호(DEC)에 기초하여 선택 신호들(SL1-SLJ)을 발생한다. 상기 선택 회로들(S1-SJ)은 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 연결되는 스위치들(SW11-SW15,..., SWJ1-SWJ5)을 각각 포함한다. 상기 선택회로들(S1-SJ)은 리드 전압들(VRD1, VRD2), 프로그램 전압들(VPG, VPS), 및 소거 전압(VERS)을 각각 수신하고, 상기 선택 신호들(SL1-SLJ)에 응답하여 워드 라인 바이어스 전압들(VWF1-VWFJ 또는 VWS1-VWSJ 또는 VWT1-VWTJ)을 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 출력한다. 이를 좀 더 상세하게 설명하면, 예를 들어, 상기 선택 회로(S1)의 상기 스위치들(SW11-SW15)은 상기 리드 전압들(VRD1, VRD2), 상기 프로그램 전압들(VPG, VPS), 및 소거 전압(VERS)과, 상기 글로벌 워드 라인(GWL1) 사이에 각각 연결된다. 상기 스위치들(SW11-SW15)은 상기 선택 신호(SL1)의 비트들(B1-B5)의 로직 값들에 따라 각각 온 또는 오프된다. 여기에서, 상기 스위치들(SW11-SW15)이 NMOS 트랜지스터들로 구현된 경우, 상기 비트들(B1-B5)의 로직 값들이 1일 때 상기 스위치들(SW11-SW15)이 온된다. 또, 비트들(B1-B5)의 로직 값들이 0일 대 상기 스위치들(SW11-SW15)이 오프된다.Referring to FIG. 6, the
예를 들어, 상기 스위치들(SW11, SW12) 중 하나가 온될 때, 상기 리드 전압들(VRD1, VRD2) 중 하나가 상기 워드 라인 바이어스 전압(VWF1)으로서 상기 글로벌 워드 라인(GWL1)에 입력된다. 또, 상기 스위치들(SW13, SW14) 중 하나가 온될 때, 상기 프로그램 전압들(VPG, VPS) 중 하나가 상기 워드 라인 바이어스 전압(VWS1)으 로서 상기 글로벌 워드 라인(GWL1)에 입력된다. 도, 상기 스위치(SW15)가 온될 때, 상기 소거 전압(VERS)이 상기 워드 라인 바이어스 전압(VWT1)으로서 상기 글로벌 워드 라인(GWL1)에 입력된다. 이 때, 상기 선택 신호 발생기(65)가 비트들(B1-B5) 중 하나의 로직 값을 1로, 나머지 비트들의 로직 값들을 0으로 발생하므로, 상기 스위치들(SW11-SW15) 중 하나가 온되고, 나머지들은 오프된다. 그 결과, 상기 리드 전압들(VRD1, VRD2), 상기 프로그램 전압들(VPG, VPS), 및 상기 소거 전압(VERS) 중 하나가 상기 글로벌 워드 라인(GWL1)에 인가된다. 상기 선택 회로들(S2-SJ)의 구성 및 구체적인 동작은 상술한 선택 회로(S1)와 유사하다.For example, when one of the switches SW11 and SW12 is turned on, one of the read voltages VRD1 and VRD2 is input to the global word line GWL1 as the word line bias voltage VWF1. In addition, when one of the switches SW13 and SW14 is turned on, one of the program voltages VPG and VPS is input to the global word line GWL1 as the word line bias voltage VWS1. In addition, when the switch SW15 is turned on, the erase voltage VERS is input to the global word line GWL1 as the word line bias voltage VWT1. At this time, since the
도 6에서는 상기 선택 회로들(S1-SJ)이 5개의 스위치들을 각각 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 상기 선택 회로들(S1-SJ)이 워드 라인 바이어스 전압들(VWF1-VWFJ 또는 VWS1-VWSJ 또는 VWT1-VWTJ)을 각각 출력하는 한, 상기 선택 회로들(S1-SJ)의 구성은 다양하게 변경될 수 있다.In FIG. 6, the selection circuits S1-SJ include five switches, respectively, but the selection circuits S1-SJ are word line bias voltages VWF1-VWFJ or VWS1-VWSJ or VWT1. As long as -VWTJ are respectively output, the configuration of the selection circuits S1 -SJ may be variously changed.
도 6에서는 도면의 간략화를 위해, 글로벌 워드 라인들(GWL1, GWLJ)에 연결되는 NMOS 트랜지스터들(G11, GK1, G1J, GKJ), 로컬 워드 라인들(WL11, WL1J, WLK1, WLKJ), 및 메모리 셀들(M111, M11T, M1J1, M1JT, MK11, MK1T, MKJ1, MKJT)만이 도시된다. 상기 로컬 워드 라인(WL11)에는 상기 메모리 셀들(M111-M11T)의 게이트들이 연결되고, 상기 로컬 워드 라인(WL1J)에는 상기 메모리 셀들(M1J1-M1JT)의 게이트들이 연결된다. 또, 상기 로컬 워드 라인(WLK1)에는 상기 메모리 셀들(MK11-MK1T)의 게이트들이 연결되고, 상기 로컬 워드 라인(WLKJ)에는 상기 메모리 셀들(MKJ1-MKJT)의 게이트들이 연결된다. 상기 NMOS 트랜지스터(G11)의 소스와 드레 인은 상기 글로벌 워드 라인(GWL1)과 상기 로컬 워드 라인(WL11)에 각각 연결되고, 상기 NMOS 트랜지스터(GK1)의 소스와 드레인은 상기 글로벌 워드 라인(GWL1)과 상기 로컬 워드 라인(WLK1)에 각각 연결된다. 또, 상기 NMOS 트랜지스터(G1J)의 소스와 드레인은 상기 글로벌 워드 라인(GWLJ)과 상기 로컬 워드 라인(WL1J)에 각각 연결되고, 상기 NMOS 트랜지스터(GKJ)의 소스와 드레인은 상기 글로벌 워드 라인(GWLJ)과 상기 로컬 워드 라인(WLKJ)에 각각 연결된다.In FIG. 6, for the sake of simplicity, the NMOS transistors G11, GK1, G1J and GKJ connected to the global word lines GWL1 and GWLJ, the local word lines WL11, WL1J, WLK1, and WLKJ are stored. Only cells M111, M11T, M1J1, M1JT, MK11, MK1T, MKJ1, MKJT are shown. Gates of the memory cells M111-M11T are connected to the local word line WL11, and gates of the memory cells M1J1-M1JT are connected to the local word line WL1J. The gates of the memory cells MK11-MK1T are connected to the local word line WLK1, and the gates of the memory cells MKJ1-MKJT are connected to the local word line WLKJ. The source and the drain of the NMOS transistor G11 are connected to the global word line GWL1 and the local word line WL11, respectively, and the source and the drain of the NMOS transistor GK1 are the global word line GWL1. And the local word line WLK1, respectively. In addition, the source and the drain of the NMOS transistor G1J are connected to the global word line GWLJ and the local word line WL1J, respectively, and the source and the drain of the NMOS transistor GKJ are the global word line GWLJ. ) And the local word line WLKJ, respectively.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 장치의 소거 동작 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of controlling an erase operation of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 소거 전압(VWTJ)이 양전위를 가지면서 벌크 전압(VCB)과의 차이가 15V가 되도록 소거 전압(VWTJ) 및 벌크 전압(VCB)의 레벨을 설정한다(S701). 소거 전압(VWTJ) 및 벌크 전압(VCB)이 설정되면, 블록 선택 신호(BLKWL)에 의해 선택된 블록의 모든 플래시 메모리 셀들에 대하여 소거 전압(VWTJ) 및 벌크 전압(VCB)을 이용하여 소거 동작을 실시한다(S702). 소거 동작이 종료되면 소거 동작이 정상적으로 이루어졌는지를 검증한다(S703). 소거 검증 결과에 따라, 모든 플래시 메모리 셀들이 소거되어 소거 동작이 정상적으로 이루어지면 소거 동작은 종료된다. 하지만, 소거되지 않은 플래시 메모리 셀이 존재하게 되면 소거 전압(VWTJ) 및 벌크 전압(VCB)을 재설정하여 소거 동작을 재실시한다. 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 7, the levels of the erase voltage VWTJ and the bulk voltage VCC are set such that the erase voltage VWTJ has a positive potential and a difference from the bulk voltage VCC is 15V (S701). When the erase voltage VWTJ and the bulk voltage VCC are set, an erase operation is performed by using the erase voltage VWTJ and the bulk voltage VVC for all the flash memory cells of the block selected by the block select signal BLKWL. (S702). When the erase operation is completed, it is verified whether the erase operation is normally performed (S703). According to the erase verification result, when all the flash memory cells are erased and the erase operation is normally performed, the erase operation is terminated. However, when the non-erased flash memory cell is present, the erase operation is performed by resetting the erase voltage VWTJ and the bulk voltage VCC. This will be described in more detail as follows.
먼저, 소거 동작의 실시 횟수를 증가시킨다(S704). 그리고, 소거 동작의 실시 횟수가 설정 횟수보다 작은지를 판단한다(S705). 소거 동작 횟수가 설정횟수보 다 작은 경우, 소거 전압(VWTJ) 또는 벌크 전압(VCB)의 레벨을 변경한다(S706). 이때, 소거 전압(VWTJ) 및 벌크 전압(VCB)의 차이가 15V보다 점점 더 커지도록 이들 전압을 변경한다. 소거 전압(VWTJ) 및 벌크 전압(VCB)의 레벨을 변경하는 구체적인 방법은 후술하기로 한다. 소거 전압(VWTJ) 및 벌크 전압(VCB)의 변경이 완료되면, 변경된 전압들을 이용하여 소거 동작을 실시한다(S702). 소거 동작이 완료되면, 상기에서 서술한 단계들(S703 내지 S705)을 재실시한다. First, the number of times of the erase operation is increased (S704). Then, it is determined whether the number of times of the erase operation is smaller than the set number of times (S705). If the number of erase operations is smaller than the set number of times, the level of the erase voltage VWTJ or the bulk voltage VCC is changed (S706). At this time, these voltages are changed such that the difference between the erase voltage VWTJ and the bulk voltage VCC becomes larger than 15V. A detailed method of changing the levels of the erase voltage VWTJ and the bulk voltage VCC will be described later. When the change of the erase voltage VWTJ and the bulk voltage VCC is completed, an erase operation is performed using the changed voltages (S702). When the erase operation is completed, the above-described steps S703 to S705 are performed again.
한편, 소거 동작 횟수가 설정 횟수가 될 때까지 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면, 해당 블록은 인밸리드 블록으로 처리한다(S707). On the other hand, if the erase operation is not normally performed until the number of erase operations reaches the set number of times, the corresponding block is processed as an invalid block (S707).
도 4 내지 도 6을 참고하여, 도 7에서 설명한 플래시 메모리 장치(100)의 소거 동작을 좀 더 상세히 설명한다. 먼저, 제어 로직 회로(130)가 외부 제어 신호들(/WE, /RE, ALE, CLE)과 커맨드 신호(CMD)에 응답하여 소거 명령(ERS)을 발생하고, 어드레스 신호(ADD)에 기초하여 로우 어드레스 신호(RADD)를 발생한다. 상기 소거 명령(ERS)에 응답하여 고전압 발생기(140)의 벌크 전압 발생기(40)가 벌크 전압(VCB)을 고전압(예를 들어, 17V) 레벨로 발생하여, 메모리 셀 블록들(MB1-MBK)이 형성된 벌크(P웰)에 공급한다. 또, 상기 고전압 발생기(140)의 제1 바이어스 전압 발생기(50)가 상기 소거 명령(ERS)에 응답하여 드레인 바이어스 전압(VGD)과 상기 소스 바이어스 전압(VGS)을 저전압(예를 들어, 0V) 레벨로 발생한다. 따라서 상기 드레인 바이어스 전압(VGD)이 글로벌 드레인 선택 라인(GDSL)에 공급되고, 상기 소스 바이어스 전압(VGS)이 글로벌 소스 선택 라인(GSSL)에 공급된다. 한편, X-디코더(150)는 상기 로우 어드레스 신호(RADD)를 디코딩하고, 디코딩 신호(DEC)를 출력 한다. 상기 고전압 발생기(140)의 제2 바이어스 전압 발생기(60)는 상기 소거 명령(ERS)과 상기 디코딩 신호(DEC)에 응답하여, 상기 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)을 발생하여, 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 공급한다. 좀 더 상세하게는, 상기 제2 바이어스 전압 발생기(60)의 제3 펌프 회로(63)가 상기 소거 명령(ERS)에 응답하여 포지티브 값을 가지는 소거 전압(VERS)을 발생한다. 예를 들어, 상기 소거 전압(VERS)은 소거 동작시 메모리 셀의 P-웰에 공급되는 벌크 전압(VCB) 보다 작고, 포지티브 값을 가진다. 바람직하게, 소거 동작시 메모리 셀의 P-웰에 공급되는 벌크 전압(VCB)과 상기 소거 전압(VERS)간의 차가 15V 보다 크거나 또는 같도록 설정될 수 있다. 상기 제2 바이어스 전압 발생기(60)의 바이어스 전압 선택부(64)는 상기 디코딩 신호(DEC)에 응답하여, 상기 소거 전압(VERS)을 선택하여, 상기 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)로서 출력한다. 좀 더 상세하게는, 상기 바이어스 전압 선택부(64)의 선택 신호 발생기(65)가 상기 디코딩 신호(DEC)에 응답하여, 선택 신호들(SL1-SLJ)의 비트들(B1-B5)의 값들을 모두 "00001"로 출력한다. 상기 선택 신호들(SL1-SLJ)에 각각 응답하여, 상기 바이어스 전압 선택부(64)의 선택 회로들(S1-SJ)의 스위치들(SW15-SWJ5)이 턴 온되고, 스위치들(SW11-SWJ1, SW12-SWJ1, SW13-SWJ3, SW14-SWJ4)은 모두 턴 오프된다. 따라서 상기 소거 전압(VERS)이 상기 스위치들(SW15-SWJ5)을 통하여 상기 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)로서 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 입력된다.4 to 6, the erase operation of the
또, 블록 선택부(160)는 상기 디코딩 신호(DEC)에 응답하여 상기 메모리 셀 블록들(MB1-MBK) 중 하나를 선택하고, 그 선택된 메모리 셀 블록의 로컬 워드 라인들을 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 연결한다. 예를 들어, 상기 메모리 셀 블록(MB1)이 선택되는 경우, 상기 블록 선택부(160)의 블록 스위치부(161)는 상기 디코딩 신호(DEC)에 응답하여 블록 선택 신호(BSEL1)를 인에이블시키고, 블록 선택 신호들(BSEL2-BSELK)을 모두 디세이블시킨다. 그 결과 상기 블록 선택부(160)의 스위칭부(PG1)만이 인에이블되고, 그 외의 스위칭부들(PG2-PGK)은 모두 디세이블된다. 좀 더 상세하게는, 상기 스위칭부(PG1)의 스위칭 소자들(GD1, G11-G1J, GS1)이 동시에 턴 온되고, 상기 스위칭부들(PG2-PGK)의 스위칭 소자들(GD2-GDK, G21-2J,...GK1-GKJ, GS2-GSK)이 모두 턴 오프된다. 따라서, 상기 메모리 셀 블록(MB1)의 드레인 선택 라인(DSL1)이 글로벌 드레인 선택 라인(GDSL)에 연결되고, 소스 선택 라인(SSL1)이 글로벌 소스 선택 라인(GSSL)에 연결된다. 그 결과, 상기 드레인 선택 라인(DSL1)과 상기 소스 선택 라인(SSL1)에는 저전압 레벨의 드레인 바이어스 전압(VGD)과 소스 바이어스 전압(VGS)이 각각 입력되어, 드레인 선택 트랜지스터(DST1)와 소스 선택 트랜지스터(SST1)가 턴 오프된다. 따라서, 상기 메모리 셀 블록(MB1)의 메모리 셀들(M111-M1JT)의 드레인들과 소스들이 플로우팅 상태로 된다. In addition, the
또, 상기 메모리 셀 블록(MB1)의 로컬 워드 라인들(WL11-WL1J)이 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)에 각각 연결된다. 그 결과 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)의 상기 워드 라인 바이어스 전압들(VWT1-VWTJ)이 상기 로컬 워드 라인들(WL11-WL1J)에 각각 전달된다. 따라서 상기 메모리 셀 블록(MB1)의 메모리 셀 들(M111-M1JT)의 게이트들과 벌크들 사이에 (예를 들어, 15V 이상의) 전압차가 발생되고, 상기 전압차에 의해, 상기 메모리 셀들(M111-M1JT)의 플로팅 게이트들로부터 전자들이 방출되어, 상기 메모리 셀들(M111-M1JT)의 소거 동작이 이루어진다.In addition, local word lines WL11 to WL1J of the memory cell block MB1 are connected to the global word lines GWL1 to GWLJ, respectively. As a result, the word line bias voltages VWT1-VWTJ of the global word lines GWL1-GWLJ are transferred to the local word lines WL11-WL1J, respectively. Therefore, a voltage difference (for example, 15 V or more) is generated between the gates and the bulks of the memory cells M111-M1JT of the memory cell block MB1, and the voltage difference causes the memory cells M111-. Electrons are emitted from the floating gates of M1JT to perform an erase operation of the memory cells M111-M1JT.
한편, 상기 메모리 셀 블록들(MB2-MBK)의 드레인 선택 라인들(DSL2-DSLJ)이 상기 글로벌 드레인 선택 라인(GDSL)으로부터 분리되고, 소스 선택 라인들(SSL2-SSLJ)도 상기 글로벌 소스 선택 라인(GSSL)으로부터 분리된다. 또, 상기 메모리 셀 블록들(MB2-MBK)의 로컬 워드 라인들(WL21-WL2J,...,WLK1-WLKJ)은 모두 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ)로부터 분리된다. 따라서, 상기 로컬 워드 라인들(WL21-WL2J,...,WLK1-WLKJ)은 상기 메모리 셀 블록들(MB2-MBK)의 메모리 셀들에 인가되는 고전압(예를 들어, 20V) 레벨의 벌크 전압(VCB)에 의해 부스팅된다. 그 결과, 상기 로컬 워드 라인들(WL21-WL2J,...,WLK1-WLKJ)에 상기 벌크 전압(VCB)에 가까운 부스팅 전압(VBST)이 발생된다. 여기에서, 상기 메모리 셀 블록들(MB2-MBK)의 로컬 워드 라인들(WL21-WL2J,...,WLK1-WLKJ)과 상기 글로벌 워드 라인들(GWL1-GWLJ) 사이에 연결된 NMOS 트랜지스터들(G21-G2J,...,GK1-GKJ)의 동작을 도 5a 및 도 5b를 참고하여 좀 더 상세히 설명한다. 도 5a 및 도 5b에서는 상기 NMOS 트랜지스터(GK1)의 단면도와 그 에너지 전위가 도시된다. 상기 NMOS 트랜지스터들(G21-G2J,...,GK2-GKJ)의 동작은 상기 NMOS 트랜지스터(GK1)와 유사하므로 그 상세한 동작 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, drain select lines DSL2-DSLJ of the memory cell blocks MB2-MBK are separated from the global drain select line GDSL, and source select lines SSL2-SSLJ are also the global source select line. (GSSL). The local word lines WL21-WL2J,..., WLK1-WLKJ of the memory cell blocks MB2-MBK are all separated from the global word lines GWL1-GWLJ. Accordingly, the local word lines WL21-WL2J,..., WLK1-WLKJ are bulk voltages of a high voltage (eg, 20V) level applied to memory cells of the memory cell blocks MB2-MBK. Boosted by VCB). As a result, a boosting voltage VBST is generated in the local word lines WL21-WL2J,..., WLK1-WLKJ, which is close to the bulk voltage VCC. Here, the NMOS transistors G21 connected between the local word lines WL21-WL2J,..., WLK1-WLKJ of the memory cell blocks MB2-MBK and the global word lines GWL1-GWLJ. The operation of -G2J, ..., GK1-GKJ) will be described in more detail with reference to FIGS. 5A and 5B. 5A and 5B show a cross-sectional view of the NMOS transistor GK1 and its energy potential. Since the operations of the NMOS transistors G21-G2J,..., GK2-GKJ are similar to those of the NMOS transistor GK1, detailed descriptions of the operations will be omitted.
도 8a에서는 상기 메모리 셀 블록(MBK)의 로컬 워드 라인(WLK1)에 연결된 스위칭 소자인 NMOS 트랜지스터(GK1)의 단면도가 도시되어 있다. 상기 NMOS 트랜지스 터(GK1)의 소스(72)에 포지티브 값을 가지는 상기 워드 라인 바이어스 전압(VWT1)이 입력되고, 그 게이트(74)에는 로우(예를 들어, 0V) 레벨의 블록 선택 신호(BSELK)가 입력된다. 또, 상기 NMOS 트랜지스터(GK1)의 드레인(73)에는 상기 부스팅 전압(VBST)이 입력된다. 상기 블록 선택 신호(BSELK)가 로우 레벨이므로 상기 NMOS 트랜지스터(GK1)는 턴 오프된다. 또, 상기 워드 라인 바이어스 전압(VWT1)이 포지티브 값을 가지므로, 도 8b에 도시된 것과 같이, 상기 소스(72) 영역의 에너지 전위가 Ev2와 같이 감소된다. 따라서 상기 소스(72)에서 기판(71)으로 유입되는 전자량이 감소하게 되어, 상기 드레인(73)에 연결된 상기 로컬 워드 라인(WLK1)으로 유입되는 전자량이 감소된다. 결과적으로, 상기 NMOS 트랜지스터(GK)에서 발생되는 누설 전류가 감소되어 상기 로컬 워드 라인(WLK1)이 상기 부스팅 전압(VBST) 레벨로 유지되므로, 상기 로컬 워드 라인(WLK1)에 연결된 메모리 셀들의 데이터들이 소거되지 않는다. FIG. 8A is a cross-sectional view of an NMOS transistor GK1, which is a switching element connected to the local word line WLK1 of the memory cell block MBK. The word line bias voltage VWT1 having a positive value is input to the
한편, 상술한 것과 대조적으로, 상기 소스(72)에 0V의 상기 워드 라인 바이어스 전압(VWT1)이 입력될 경우, 도 8b에 도시된 것과 같이, 상기 소스(72) 영역의 에너지 전위가 Ev1로 증가하게 된다. 따라서, 상기 소스(72)에서 기판(71)으로 유입되는 전자량이 증가하게 되어, 상기 NMOS 트랜지스터(GK1)의 누설 전류량이 증가하게 된다. 그러므로, 상기 NMOS 트랜지스터(GK1)의 누설 전류를 줄이기 위해서는 상기 소스(72) 영역의 에너지 전위가 감소될 필요가 있다.On the other hand, in contrast to the above, when the word line bias voltage VWT1 of 0 V is input to the
상기에서 서술한 조건으로 소거 동작을 실시한 후에는 소거 동작이 진행된 블록의 모든 메모리 셀들이 정상적으로 소거되었는지를 확인한다. 이는 페이지 버 퍼(170)로부터 Y-디코더(180)를 통해 출력되는 데이터로 확인할 수 있다. 예를 들어, 모든 워드라인에 0V를 인가한 상태에서 스트링 단위로 리드 동작을 실시한 후, Y-디코더(180)를 통해 출력된 데이터가 '1'인 경우에는 소거 동작이 정상적으로 이루어진 것으로 판단하고, '0'데이터가 출력되면 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않은 메모리 셀이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 종래에는 후자의 경우와 같이 불량 셀이 존재하는 경우, 해당 블록을 인밸리드 블록으로 처리하여 사용하지 않았으며, 그로 인해 데이터 저장 용량이 감소하였다. 하지만, 본 발명에서는 워드라인과 벌크 사이의 전압차를 증가시켜 소거 동작을 재실시하며, 이로써, 인밸리드 블록의 발생을 최소화한다. 이렇게 전압차를 조절하여 소거 동작이 재실시되는 과정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. After performing the erase operation under the conditions described above, it is checked whether all memory cells of the block in which the erase operation has been performed are normally erased. This may be confirmed as data output from the
도 9a 내지 도 9c는 도 5에서 소거 동작 시 글로벌 워드라인과 P웰에 전압을 인가하는 제1 실시예를 설명하기 위한 파형도이다. 도 10a 내지 도 10c는 도 5에서 소거 동작 시 글로벌 워드라인과 P웰에 전압을 인가하는 제2 실시예를 설명하기 위한 파형도이다.9A to 9C are waveform diagrams for describing a first exemplary embodiment in which a voltage is applied to a global word line and a P well during an erase operation in FIG. 5. 10A to 10C are waveform diagrams for describing a second exemplary embodiment in which a voltage is applied to a global word line and a P well during an erase operation in FIG. 5.
도 9a를 참조하면, 글로벌 워드라인(GWL)에 포지티브 값을 갖는 소정 레벨의 소거 전압(VWTJ)을 인가하고 벌크(PWELL)에는 소거 전압(VWTJ)보다 15V 또는 그 이상으로 높은 벌크 전압(VCB)을 인가한 후, 소거 동작을 실시한다. 소거 동작이 완료되면, 소거 검증 동작을 통해 Y-디코더(180)를 통해 출력되는 데이터를 검출하여 소거 동작이 정상적으로 이루이지지 않은 메모리 셀이 존재하는지를 판단한다. Y-디코더(180)를 통해 출력되는 데이터는 소거 전압(VWTJ)을 생성하는 제2 바이어스 전압 발생기(60)와 벌크 전압 발생기(40)로 각각 입력된다. Referring to FIG. 9A, a bulk voltage VCB having a predetermined level of an erase voltage VWTJ having a positive value is applied to a global word line GWL and a bulk PWELL that is 15V or more higher than the erase voltage VWTJ. After applying, erase operation is performed. When the erase operation is completed, the erase output operation detects data output through the Y-
소거 동작이 이루어지지 않은 메모리 셀이 존재하면, 제2 바이어스 전압 발생기(60)는 소거 전압(VWTJ)의 레벨을 낮추어 글로벌 워드라인(GWL)에 인가한다. 이로써, 글로벌 워드라인(GWL)과 벌크(PWELL) 사이의 전압차는 증가하게 된다. 이렇게 전압차가 증가된 상태에서 소거 동작을 재실시한다. 그리고, 다시 소거 동작이 정상적으로 이루이지지 않은 메모리 셀이 존재하는지를 판단하고, 소거 동작이 이루어지지 않은 메모리 셀이 또 존재하면, 제2 바이어스 전압 발생기(60)는 전압차가 더 증가하도록 소거 전압(VWTJ)의 레벨을 0.1V 내지 0.5V 단위로 낮추어 글로벌 워드라인(GWL)에 인가한다. 이러한 소거 방식을 ISPE(Incremental Stepping Pulse Erase) 방식이라 하고, ISPE 방식으로 전압차를 증가시키며 소거 동작을 재실시한다. 소거 동작을 재실시하는 과정에서 모든 메모리 셀이 정상적으로 소거되면 소거 동작은 중지된다. 하지만, 소거 동작을 일정횟수 이상 반복실시 하여도 불량 메모리 셀이 존재하면, 해당 블록은 인밸리드 블록으로 처리한다. 이때, 소거 동작을 재실시하는 횟수는 설계 사항에 따라 변경 가능하다. When there is a memory cell in which an erase operation is not performed, the second
상기에서는 소거 동작을 재실시할 때 글로벌 워드라인(GWL)에 인가되는 소거 전압(VWTJ)의 레벨을 낮추어 워드라인과 벌크 사이의 전압차를 증가시켰으나, 도 8b에서와 같이 벌크 전압 발생기(40)가 벌크 전압(VCB)의 레벨을 0.5V 내지 1V 단위로 상승시켜 워드라인과 벌크 사이의 전압차를 증가시킬 수도 있다. 뿐만 아니라, 도 8c에서와 같이, 제2 바이어스 전압 발생기(60)가 소거 전압(VWTJ)을 낮추면서 벌크 전압 발생기(40)가 벌크 전압(VCB)을 동시에 상승시켜 워드라인과 벌크 사 이의 전압차를 증가시킬 수도 있다. In the above, when the erase operation is performed again, the voltage difference between the word line and the bulk is increased by lowering the level of the erase voltage VWTJ applied to the global word line GWL. However, as shown in FIG. 8B, the
상기에서는 소거 전압(VWTJ)을 일차 함수적으로 낮추거나 벌크 전압(VCB)을 일차 함수적으로 상승시킨다. 하지만, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 것처럼, 소거 전압(VWTJ)을 지수 함수적으로 낮추거나 벌크 전압(VCB)을 지수 함수적으로 상승시킬 수도 있다. 뿐만 아니라, 소거 전압(VWTJ)을 2차 함수적으로 낮추거나 벌크 전압(VCB)을 2차 함수적으로 상승시킬 수도 있다. In the above, the erase voltage VWTJ is first lowered functionally or the bulk voltage VBC is first functionally increased. However, as shown in FIGS. 10A to 10C, the erase voltage VWTJ may be exponentially lowered or the bulk voltage VCC may be exponentially increased. In addition, the erase voltage VWTJ may be lowered quadratically or the bulk voltage VCC may be quadraticly increased.
상기의 방법을 통해, 본원발명은 인밸리드 블록의 발생을 최소화함과 동시에, 소거 동작이 이루어지지 않는 비선택 블록에서 셸로우 이레이즈 현상에 의해 문턱 전압이 낮아지거나, 소거 동작의 반복 실시에 따라 패스트 프로그램이나 슬로우 이레이즈 현상이 발생되는 것을 억제할 수 있다. Through the above method, the present invention minimizes the occurrence of the invalidated block and at the same time reduces the threshold voltage due to the shallow erase phenomenon in the non-selected block in which the erase operation is not performed, or repeatedly performs the erase operation. Therefore, the occurrence of fast program or slow erase can be suppressed.
도 11은 소거 동작 시 비선택된 블록의 문턱전압 변화를 비교하기 위한 특성 그래프이다. 11 is a characteristic graph for comparing changes in threshold voltages of unselected blocks during an erase operation.
도 11을 참조하면, 종래에는 스위칭 소자(도 5의 G1J; J는 정수)에서 누설 전류가 발생하기 때문에, 비선택 블록에서 소거 동작을 방해하기 위하여 워드라인에 유기된 전압이 점차적으로 낮아져 소거 동작이 이루어지는 셸로우 이레이즈 현상이 발생하였다. 이로 인해, 비선택 블록에서 메모리 셀의 문턱 전압이 낮아지는 문제점이 발생하였다. 하지만, 본원발명에서는 스위칭 소자(도 5의 G1J; J는 정수)에서 누설 전류가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 글로벌 워드라인에 양전위의 소거 전압을 인가한 상태에서 소거 동작을 실시하므로 비선택 블록에서 셸로우 이레이즈 현상이 거의 발생되지 않는다. 그 결과로, 문턱 전압의 변화량을 최소화할 수 있다. Referring to FIG. 11, since a leakage current occurs in a switching element (G1J in FIG. 5; J is an integer) in the related art, an induced voltage on a word line is gradually lowered to prevent an erase operation in an unselected block, thereby eliminating an erase operation. This shallow erase erasure occurred. As a result, the threshold voltage of the memory cell is lowered in the non-selected block. However, in the present invention, in order to prevent leakage current from occurring in the switching element (G1J in FIG. 5, J is an integer), an erase operation is performed in a state in which an erase voltage of positive potential is applied to a global word line. There is little occurrence of shallow erasure at. As a result, the amount of change in the threshold voltage can be minimized.
도 12는 본 발명에서 소거 동작 횟수에 따른 슬로우 이레이즈 특성 및 패스트 프로그램 특성을 보여주는 특성 그래프이다. 12 is a characteristic graph illustrating a slow erasure characteristic and a fast program characteristic according to the number of erase operations in the present invention.
도 12를 참조하면, 첫 번째 소거 동작에서 워드라인과 벌크 사이의 전압차를 소거 동작이 정상적으로 이루어질 수 있을 정도로 유지하고 소거 동작이 정상적으로 이루어지지 않으면 전압차를 점차적으로 증가시켜 소거 동작을 재실시함으로써, 소거 동작 횟수가 수십만번 누적되더라고 패스트 프로그램 현상과 슬로우 이레이즈 현상은 대략 0.5V 이내에서 발생한다. 도 2에 도시된 종래의 패스트 프로그램 현상과 슬로우 이레이즈 현상이 최소 2V보다 높게 발생한 점을 감안하면, 본원발명에서는 패스트 프로그램 현상이나 슬로우 이레이즈 현상이 거의 발생되지 않은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 12, in the first erase operation, the voltage difference between the word line and the bulk is maintained to the extent that the erase operation can be normally performed, and if the erase operation is not normally performed, the voltage difference is gradually increased to perform the erase operation. However, even if the erase operation is accumulated hundreds of thousands of times, the fast program and slow erasure occur within approximately 0.5V. Considering the fact that the conventional fast program phenomenon and the slow erasure phenomenon shown in FIG. 2 occur higher than at least 2V, it can be seen that the fast program phenomenon and the slow erasure phenomenon hardly occur in the present invention.
상술한 바에 따르면, 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the above, the present invention can obtain the following effects.
첫째, 소거 동작 시 글로벌 워드라인에 0V가 아닌 0V보다 높은 전압이 인가되므로, 글로벌 워드라인과 로컬 워드라인 사이에 접속된 스위칭 소자에서 누설 전류가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 소거 동작이 이루어지지 않은 비선택 블록의 워드라인에 유기된 전압이 낮아지는 것을 방지하여, 비선택 블록에서 셸로우 이레이즈 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. First, since a voltage higher than 0 V is applied to the global word line during the erase operation, leakage current may be prevented from occurring in the switching device connected between the global word line and the local word line. Therefore, the voltage induced in the word line of the non-selection block in which the erase operation is not performed may be prevented from being lowered, thereby preventing the occurrence of shallow erase in the non-selection block.
둘째, 종래에는 소거 동작을 실시한 후 소거 동작이 정상적으로 이루어졌는 지 검증하는 동작에서 소거 동작이 정상적으로 이루이지지 않는 메모리 셀이 존재할 경우 해당 블록을 인밸리드 블록(invalid block)으로 처리하여 사용하지 않았다. 이로 인해, 데이터 저장 용량이 감소하였다. 하지만, 본 발명에서는 정상적으로 이루이지지 않는 메모리 셀이 존재할 경우 워드라인과 벌크 사이의 전압차를 증가시켜 소거 동작을 재실시하므로, 인밸리드 블록의 발생을 최소화하여 데이터 저장 능력이 감소하는 것을 최소화할 수 있다. Second, in the conventional operation in which an erase operation is performed after the erase operation is performed, if a memory cell in which the erase operation is not normally performed, the corresponding block is not treated as an invalid block. This reduced data storage capacity. However, in the present invention, when there is a memory cell that is not normally performed, the erase operation is performed by increasing the voltage difference between the word line and the bulk, thereby minimizing the occurrence of the invalidated block and minimizing the reduction of the data storage capacity. Can be.
셋째, 처음부터 워드라인과 벌크 사이의 전압차가 높은 상태에서 소거 동작을 실시하면 터널 산화막에 전자가 트랩되거나 스트레스가 가해져 메모리 셀의 전기적 특성이 저하될 수 있다. 하지만, 본원발명은 소거 동작을 위한 최소한의 전압차만으로 소거 동작을 실시하고 소거 동작이 실패할 경우 전압차를 증가시켜 소거 동작을 재실시하므로, 터널 산화막에 전자가 트랩되거나 스트레스가 가해지는 양을 최소화하여 메모리 셀의 수명을 증가시킬 수 있다. Third, when the erase operation is performed in a state where the voltage difference between the word line and the bulk is high from the beginning, electrons may be trapped or stressed in the tunnel oxide layer, thereby deteriorating electrical characteristics of the memory cell. However, the present invention performs the erase operation with only the minimum voltage difference for the erase operation, and if the erase operation fails, the erase operation is repeated by increasing the voltage difference, so that electrons are trapped or stressed in the tunnel oxide layer. Minimization can increase the lifespan of a memory cell.
넷째, 본원발명은 최초의 소거 동작 시 최소한의 전압차로 소거 동작을 실시하고 불량이 발생할 경우 전압차를 증가시켜 소거 동작을 재실시함으로써, 리드/소거 동작 횟수가 수십 만번 이상 누적되더라도 패스트 프로그램이나 슬로우 이레이즈 현상이 발생되는 것을 최대한으로 억제할 수 있다. Fourth, the present invention performs the erase operation with the minimum voltage difference during the first erase operation, and if the failure occurs, the erase operation is performed by increasing the voltage difference, so that even if the number of read / erase operations accumulates more than hundreds of thousands of times, The occurrence of the erasure phenomenon can be suppressed to the maximum.
상기의 동작을 통해, 소거 동작의 신뢰성을 향상시키고 불량 발생을 최소화하며 소자의 수명을 증가시킬 수 있다. Through the above operation, it is possible to improve the reliability of the erase operation, minimize the occurrence of defects, and increase the life of the device.
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