읽기 디스터브가 방지되는 불휘발성 반도체 메모리 장치 및그것의 읽기 방법 document_id A220623034104

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 불휘발성 반도체 메모리 장치 및 그것의 읽기(read) 방법에 관한 것이다. 데이터의 유지를 위한 리프레시(refresh)를 요하지 않고 전기적으로 소거(erase) 및 프로그램(program) 가능한 반도체 메모리 장치들에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 또한, 반도체 메모리 장치의 저장 용량 및 집적도를 높이는 것이 요구된다. 플래시(flash) 메모리 장치는 리프레시 없이 대용량 및 높은 집적도를 제공한다. 전원이 차단되는 경우에도 데이터가 유지되기 때문에, 플래시 메모리 장치는 전원이 갑자기 차단될 수 있는 전자 장치들에 널리 사용된다. 도 1은 일반적인 플래시 메모리 셀의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 플래시 메모리 셀(100)은 P형(P-type) 반도체 기판(110) 위에 채널 영역(channel region)을 사이에 두고 형성된 소오스(120) 및 드레인(130)과, 채널 영역 위에 얇은 절연막을 사이에 두고 형성되는 플로팅 게이트(140)와, 플로팅 게이트(140) 상에 절연막을 사이에 두고 형성된 컨트롤 게이트(150)를 포함한다. 소오스(120), 드레인(130), 컨트롤 게이트(150) 및 반도체 기판(110)에는 프로그램(program), 소거(erase) 및 읽기(read) 동작시에 요구되는 전압들을 인가하기 위한 전원 단자들(Vs, Vd, Vg, Vb)이 각각 연결된다. 예를 들어, 프로그램(program) 동작 시, 선택된 플래시 메모리 셀의 컨트롤 게이트(150)에 프로그램 전압(15~20V 정도)이 인가되고, 비선택 플래시 메모리 셀의 컨트롤 게이트(150)에는 프로그램 전압보다 낮은 패스 전압(10V 정도)이 인가된다. 이러한 바이어스 조건 하에서, F-N(Fowler-Nordheim) 터널링 효과에 의해 반도체 기판의 전자가 플로팅 게이트로 주입된다. 플로팅 게이트에 전자가 주입되면, 메모리 셀의 문턱 전압(threshold voltage)이 상승한다. 따라서, 문턱 전압을 변화시킴으로써 메모리 셀에 데이터가 저장될 수 있다. 메모리 셀에 저장된 데이터는 메모리 셀의 컨트롤 게이트(150)에 선택 전압(Vselect)이 인가될 때, 메모리 셀 트랜지스터가 턴-온(turn-on) 되는지 여부에 따라서 검출될 수 있다. 예를 들어, 메모리 셀(100)의 컨트롤 게이트(150)에 선택 전압이 인가될 때, 메모리 셀 트랜지스터가 턴-온되면, 메모리 셀은 프로그램되지 않은 것으로 판정된다. 반면에, 메모리 셀의 컨트롤 게이트에 선택 전압이 인가될 때, 메모리 셀 트랜지스터가 턴-오프(turn-off)되면, 메모리 셀은 프로그램된 것으로 판정된다. 이러한 방법으로 읽기 동작이 수행된다. 이 경우, 선택되지 않은 메모리 셀 트랜지스터들의 컨트롤 게이트들에는 읽기 전압들(Vread)이 인가된다. 프로그램 동작 시, 일반적인 플래시 메모리 셀(100)은 한 번의 프로그램 전압 인가만으로는 프로그램되지 않을 수 있다. 프로그램은 플로팅 게이트(140)에 전자(electron)가 주입되어 메모리 셀의 문턱 전압(threshold voltage)이 충분히 높아지면 완료된다. 따라서, 플래시 메모리 셀(100)의 문턱 전압을 높이기에 충분한 전자가 플로팅 게이트(140)에 축적되었는지 여부를 판단하기 위해서 검증 읽기(verify read) 동작이 수행된다. 이와 같이, 플래시 메모리 장치에 있어서 읽기 및 검증 읽기 동작은 필수적으로 요구된다. 이하에서는 플래시 메모리 장치의 읽기 방법이 설명되며, 읽기 동작이라 함은 일반적인 읽기 동작 또는 프로그램 검증을 위한 검증 읽기 동작을 포함하는 것으로 해석된다. 그러나, 이러한 읽기 및 검증 읽기 동작 시, 도 3에 도시된 스트링 선택 라인(SSL), 접지 선택 라인(GSL), 선택 및 비선택 워드 라인의 바이어스 조건에 의해 메모리셀의 채널 전압이 원하지 않는 크기까지 상승하여 문제를 야기시킬 수 있다. 도 3에 도시된 낸드 스트링에서, 선택 워드 라인에 연결된 메모리 셀(Mk)이 프로그램되어 있다면, 스트링 선택 라인(SSL)과 워드 라인(WLk) 사이의 채널 전압은 비트 라인 바이어스 레벨이 되고, 워드 라인(WLk)과 접지 선택 라인(GSL) 사이의 채널 전압은 비선택된 워드 라인에 인가되는 읽기 전압(Vread)에 의해 상승하게 된다. (channel boosting). 상승된 플로팅 채널 전압은 워드 라인(WLk)을 중심으로 위쪽과 아래쪽 채널 전압의 차이를(voltage difference)를 야기시킨다. 이러한 전압 차는 접지 선택 라인(GSL) 쪽에서 스트링 선택 라인(SSL)쪽으로 메모리 셀(Mk)를 통한 누설전류를 (leakage current)를 야기시킨다. 누설 전류는 선택되지 않은 메모리 셀이 핫-일렉트론 주입(hot-electron injection) 현상에 의해 프로그램되도록 한다. 이는 의도되지 않은(unintended) 부작용(side effect)이며, 읽기 디스터브(read disturb)라고 불린다. 이러한 읽기 디스터브는 플래시 메모리 장치의 신뢰도(reliability) 향상을 위해서 회피되어야 한다.