• 전기전자학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.778-781
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• 2021

본 논문에서는 SPICE를 사용한 16단 3D NAND Flash memory compact modeling을 제안한다. 동일한 structure와 simulation 조건에서 Down Coupling Phenomenon(DCP)과 Natural Local Self Boosting(NLSB)에 대한 channel potential을 Technology Computer Aided Design(TCAD) tool Atlas(Silvaco^TM)와 SPICE로 simulation하고 분석했다. 그 결과 두 현상에 대한 TCAD와 SPICE의 channel potential이 매우 유사한 것을 확인할 수 있었다. SPICE는 netlist를 통해 소자 structure를 직관적으로 확인할 수 있다. 또한, simulation 시간이 TCAD에 비해 짧게 소요된다. 그러므로 SPICE를 이용하여 3D NAND Flash memory의 효율적인 연구를 기대할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.236.2-236.2
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• 2014

세계 반도체 시장은 컴퓨터 기능이 더해진 모바일 기기의 수요가 증가함에 따라 메모리반도체의 시장규모가 최근 빠른 속도로 증가했다. 특히 모바일 기기에서 저장장치 역할을 하는 비휘발성 반도체인 NAND Flash Memory는 스마트폰 및 태블릿PC 등 휴대용 기기의 수요 증가, SSD (Solid State Drive)를 탑재한 PC의 수요 확대, 서버용 SSD시장의 활성화 등으로 연평균 18.9%의 성장을 보이고 있다. 이러한 경제적인 배경 속에서 NAND Flash 미세공정 기술의 마지막 단계로 여겨지는 1Xnm 공정이 개발되었다. 그러나 1Xnm Flash Memory의 생산은 새로운 제조설비 구축과 차세대 공정 기술의 적용으로 제조비용이 상승하는 단점이 있다. 이에 따라 제조공정기술을 미세화하지 않고 기존의 수평적 셀구조에서 수직적 셀구조로 설계 구조를 다양화하는 기술이 대두되고 있는데 이 중 Flash Memory의 대용량화와 수명 향상을 동시에 추구할 수 있는 3D NAND 기술이 주목을 받게 되면서 공정기술의 변화도 함께 대두되고 있다. 3D NAND 기술은 기존라인에서 전환하는데 드는 비용이 크지 않으며, 노광장비의 중요도가 축소되는 반면, 증착(Chemical Vapor Deposition) 및 식각공정(Etching)의 기술적 난이도와 스텝수가 증가한다. 이 중 V-NAND 3D 기술에서 사용하는 박막증착 공정의 경우 산화막과 질화막을 번갈아 증착하여 30layer 이상을 하나의 챔버 내에서 연속으로 증착한다. 다층막 증착 공정이 비정상적으로 진행되었을 경우, V-NAND Flash Memory를 제조하기 위한 후속공정에 영향을 미쳐 웨이퍼를 폐기해야 하는 손실을 초래할 수 있다. 본 연구에서는 V-NAND 다층막 증착공정 중에 다층막의 두께를 가상 계측하는 알고리즘을 개발하고자 하였다. 증착공정이 진행될수록 박막의 두께는 증가하여 커패시터 관점에서 변화가 생겨 RF 신호의 진폭과 위상의 변화가 생긴다는 점을 착안하여 증착 공정 중 PECVD 장비 RF matcher와 heater에서 RF 신호의 진폭과 위상을 실시간으로 측정하여 데이터를 수집하고, 박막의 두께와의 상관성을 분석하였다. 이 연구 결과를 토대로 V-NAND Flash memory 제조 품질향상 및 웨이퍼 손실 최소화를 실현하여 제조 시스템을 효율적으로 운영할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.31-40
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• 2023

Recent advances in flash technologies, such as 3D processing and multileveling schemes, have successfully increased the flash capacity. Unfortunately, these technology advances significantly degrade flash's reliability due to a smaller cell geometry and a finer-grained cell state control. In this paper, we propose an asymmetric BER-aware reliability optimization technique (aBARO), new flash optimization that improves the flash reliability. To this end, we first reveal that bit errors of 3D NAND flash memory are highly skewed among flash cell states. The proposed aBARO exploits the unique per-state error model in flash cell states by selecting the most error-prone flash states and by forming narrow threshold voltage distributions (for the selected states only). Furthermore, aBARO is applied only when the program time (tPROG) gets shorter when a flash cell becomes aging, thereby keeping the program latency of storage systems unchanged. Our experimental results with real 3D MLC and TLC flash devices show that aBARO can effectively improve flash reliability by mitigating a significant number of bit errors. In addition, aBARO can also reduce the read latency by 40%, on average, by suppressing the read retries.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.770-773
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• 2021

본 논문에서는 tapering과 ferroelectric(HfO₂)구조가 적용된 3D NAND flash memory의 프로그램 이후 시간경과에 따른 retention특징을 분석했다. Nitride에 trap된 전자는 시간이 지남에 따라 lateral charge migration이 발생한다. 프로그램 이후 시간이 지남에 따라 trap된 전자가 tapering에 의해 두꺼워진 채널 쪽으로 lateral charge migration이 더 많이 발생하는 것을 확인했다. 또한 Oxide-Nitride-Ferroelectric (ONF) 구조는 polarization에 의해 lateral charge migration이 완화되기 때문에 기존 Oxide-Nitride-Oxide (ONO) 구조 보다 문턱전압(V_th)의 변화량이 줄어든다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제26권11호
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• pp.1-9
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• 2021

3D-NAND 플래시 메모리는 평면적 구조인 2D-NAND 셀을 적층하는 방식으로 단위 면적당 고용량을 제공한다. 하지만 적층 공정의 특성상 각 레이어별 또는 물리적인 셀 위치에 따라 오류 발생 빈도가 달라질 수 있는 문제가 있다. 이와 같은 현상은 플래시 메모리의 쓰기/지우기(P/E) 횟수가 증가할수록 두드러진다. SSD와 같은 대부분의 플래시 기반 저장장치는 오류 교정을 위하여 ECC를 사용한다. 이 방법은 모든 플래시 메모리 페이지에 대하여 고정된 데이터 보호 강도를 제공하므로 물리적 위치에 따라 오류 발생률이 각기 다르게 나타나는 3D NAND 플래시 메모리에서는 한계를 보인다. 따라서 본 논문에서는 오류 발생률 차이를 보이는 페이지와 레이어를 K-means 머신러닝 알고리즘을 통해 군집으로 분류하고, 각 군집마다 차별화된 데이터 보호강도를 적용한다. 본 논문에서는 페이지와 레이어별로 오류 발생률이 현저하게 달라지는 내구성 테스트가 끝난 시점에서 측정된 오류 발생 횟수를 바탕으로 페이지와 레이어를 분류하고 오류에 취약한 영역에 대해서는 스트라이프에 패리티 데이터를 추가하여 차별화된 데이터 보호 강도 제공을 예시로 보인다. 본 논문에서는 기존의 ECC 또는 RAID 방식의 데이터 보호 구조와 비교하여 제안하는 차별화된 데이터 보호정책이 3D NAND 플래시 메모리의 신뢰성과 수명향상에 기여할 수 있음을 보인다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권5호
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• pp.566-571
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• 2014

Channel-stacked 3D NAND flash memory is very promising candidate for the next-generation NAND flash memory. However, there is an inherent issue on cell size variation between stacked channels due to the declined etch slope. In this paper, the effect of the cell variation on the incremental step pulse programming (ISPP) characteristics is studied with 3D TCAD simulation. The ISPP slope degradation of elliptical channel is investigated. To solve that problem, a new programming method is proposed, and we can alleviate the $V_T$ variation among cells and reduce the total programming time.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권1호
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• pp.23-28
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• 2023

This paper demonstrates a novel NAND flash memory structure and annealing configuration including through-silicon via (TSV) inside the silicon substrate to improve annealing efficiency using an electro-thermal annealing (ETA) technique. Compared with the conventional ETA which utilizes WL-to-WL current flow, the proposed annealing method has a higher annealing temperature as well as more uniform heat distribution, because of thermal isolation on the silicon substrate. In addition, it was found that the annealing temperature is related to the electrical and thermal conductivity of the TSV materials. As a result, it is possible to improve the reliability of NAND flash memory. All the results are discussed based on 3-dimensional (3-D) simulations with the aid of the COMSOL simulator.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2014년도 제50차 하계학술대회논문집 22권2호
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• pp.227-229
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• 2014

플래시 메모리는 빠른 처리 속도, 비휘발성, 저 전력, 강한 내구성 등으로 인해 최근 스마트폰, 태블릿, 노트북, 컴퓨터와 같은 여러 분야에서 많이 사용하고 있다. 최근 기존에 사용하던 NAND 플래시가 미세화 기술의 한계에 봉착함에 따라 기존 2차원 구조의 NAND플래시를 대처할 장치로 3차원 수직구조 NAND 플래시 메모리(3D Vertical NAND)가 주목받고 있다. 기존의 플래시 메모리는 데이터를 효율적으로 삽입/삭제/검색하기 위해 B-tree와 같은 색인기법을 필요로 한다. 플래시 메모리 상에서 B-tree 구현에 관한 기존 연구로서는 BFTL(B-Tree Flash Translation Layer)기법이 최초로 제안되었다. 현재 3차원 V-NAND 구조의 플래시 메모리가 시작품으로 제작되어 머지않아 양산 될 예정이다. 본 논문에서는 향후 출시될 3차원 구조의 플래시 메모리에 적합한 Octree 기반의 파일시스템을 제안한다.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.774-777
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• 2021

본 논문은 Charge Trap Flash using Ferroelectric(CTF-F) 구조를 가진 3D NAND Flash Memory gate controllability에 대해 분석했다. Ferroelectric 물질인 HfO₂는 polarization 이외에도 high-k 라는 특징을 가진다. 이러한 특징으로 인해 CTF-F 구조에서 gate controllability가 증가하고 Bit Line(BL)에서 on/off 전류특성이 향상된다. Simulation 결과 CTF-F 구조에서 String Select Line(SSL)과 Ground Select Line(GSL)의 채널길이는 100 nm로 기존 CTF 구조에 비해 33% 감소했지만 거의 동일한 off current 특성을 확인했다. 또한 program operation에서 channel에 inversion layer가 더 강하게 형성되어 BL을 통한 전류가 약 2배 증가한 것을 확인했다.

• 전기전자학회논문지
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• 제28권1호
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• pp.110-115
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• 2024

본 논문은 3D NAND Flash memory에서 tapering된 O/N/O(Oxide/Nitride/Oxide) 구조와 blocking oxide를 ferroelectric material로 대체한 O/N/F(Oxide/Nitride/Ferroelectric) 구조의 V_th(Threshold Voltage) 변화량을 분석했다. Tapering 각도가 0°일 때 O/N/F 구조는 O/N/O 구조보다 저항이 작고 WL(Word-Line) 상부와 WL 하부의 V_th 변화량이 감소한다. Tapering된 3D NAND Flash memory는 WL 상부에서 WL 하부로 내려갈수록 channel 면적이 감소하며 channel 저항이 증가한다. 따라서 tapering 각도가 증가할수록 WL 상부의 V_th가 감소하고 WL 하부의 V_th는 증가한다. Tapering된 O/N/F 구조는 channel 반지름 길이와 비례하는 V_fe로 인해 WL 상부의 V_th는 O/N/O 구조보다 더 감소한다. 또한 O/N/F 구조의 WL 하부는 O/N/O 구조보다 V_th가 증가하기 때문에 tapering 각도에 따른 V_th 변화량이 O/N/O 구조보다 더 증가한다.