Taper Angle 조정을 통한 수직구조 낸드 플래시 메모리의 읽기 동작 성능 향상에 관한 연구

Abstract

4차 산업혁명 시대를 맞이하여 인공지능, 사물 인터넷, 빅데이터, 모바일의 성장은 solid state drive에 대한 수요 증가로 이어져 낸드 플래시 메모리에 관심이 커지고 있다. 그러나 평면구조 낸드 플래시 메모리 집적도의 한계로 인해 높은 집적화를 이루어 내기가 어려워 졌고, 이에 대한 해법으로 수직구조 낸드 플래시 메모리가 등장 하게 되었다. 수직구조 낸드 플래시는 전자 트랩 방식을 사용하는 메모리 셀을 수직으로 적층하는 구조를 사용하여 수직 층을 쌓음으로서 메모리 셀의 크기를 줄이지 않고 bit 밀도를 증가 시킬 수 있다. 하지만 수직구조 낸드 플래시 메모리는 채널을 형성하기 위한 hole 식각 시, 식각 기술의 한계로 인해 hole이 수직으로 형성되지 않고 기울게 된다. 이러한 기울기를 taper angle이라고 하며, taper angle로 인해 각 층마다의 메모리 셀은 층마다 각기 다른 전기적 특성을 갖게 되며 적층 수가 높아질수록 최상단과 최하단의 메모리 셀의 전기적 특성은 더 큰 차이를 보이게 된다. 따라서 낸드 플래시 소자의 컨트롤러는 읽기 동작 시 더욱 복잡한 biasing을 필요로 하게 되어 에러가 발생 할 확률을 증가시킨다. 문턱 전압 분포와 에러는 시스템 레벨에서 고쳐 질 수 있지만 전력과 시간이 소요되어 부정적이며 multi-level-cell이나 triple-level-cell을 사용하는 경우 큰 문턱 전압 분포와 에러에 매우 취약하게 된다. 본 연구에서는 수직구조 낸드 플래시 메모리 스트링의 taper angle을 변화시켜 메모리 셀들의 전기적 특성 변화를 기술 하였다. 시뮬레이션 결과, 스트링 내 메모리 셀들의 트랜스컨덕턴스는 셀의 위치와, taper angle의 크기에 따라 달라짐을 보였다. 그 결과, 트랜스컨덕턴스의 차이로 인한 문턱전압 분포가 taper angle로 인해 변화하는 것을 확인하였고 random telegraph noise 특성이 변화 하는 것을 확인 하여, 특정 taper angle에서 문턱 전압 분포와 random telegraph noise가 개선됨을 확인 하였다.