CTF 란? (Charge Trap Flash)

CTF란 무엇일까요? Nand Flash Memory는 플로팅 게이트를 사용해 data를 저장하는 방식이 오랜 기간 사용되었습니다.

그러나 소자 미세화로 인한 주변 cell과의 간섭이 심해지면서 CTF 방식이 도입되었습니다.

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CTF 란? (Charge Trap Flash)

간단히 설명하면 CTF란 전하를 도체에 저장하지 않고 부도체에 Trap 시키는 방식입니다.

기존에는 게이트에 전압 가하면 바디에서 전자가 유전막을 통과한 뒤 Floating Gate로 주입되는 터널링 현상을 이용하여 프로그래밍을 했습니다.

그러나 위에서 잠깐 설명한 것처럼 세대가 넘어갈수록 소자 사이즈 미세화가 계속되면서 작아진 소자의 영향으로 자연스럽게 주변 셀들과의 간섭이 커지게 되었습니다.

소자가 작아지고 간섭이 커지다 보니 절연막에 의한 기생 cap이 더욱 크게 느껴지고, 그로 인해 gate coupling ratio(floating gate에 Control gate 인가전압이 전달되는 수준)이 줄어드는 문제가 발생된 것입니다. 이를 개선하기 위해 Charge Trap방식의 플래시 메모리로 전환된 것입니다.

전하를 가두는 비전도성 물질은 Silicon Nitride를 주로 사용하고 있으며, Chage Trap 방식으로 비전도성 물질에 전하를 저장하면서 누설전류가 줄어드는 장점도 얻을 수 있습니다.

누설전류가 줄어든다는 것은 방전될 확률이 더 낮아진다고 이해하시면 되겠습니다. 또한 전하를 가두는 방식을 이용하기 때문에 게이트를 더 낮게 만들 수 있고, 이는 셀을 작게 만드는데 큰 도움을 주게 됩니다.

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3D Nand, V Nand와 CTF

Nitride라는 Trap속에 전하를 가두는 방식으로 0과 1을 구분하면서 인접 셀과의 간섭이 적어지는 강점을 토대로 2006년 Floating gate에서 Charge Trap Flash, 즉 CTF로 세대 전환이 되었습니다.

여기서 더 나아가 CTF를 활용하여 2013년 삼성전자에서는 3D Nand 나 V-NAND로 불리는 3차원 수직 구조 낸드를 개발하여 양산을 시작했습니다.

평면 반도체에서 수직구조 반도체로 넘어갈 때 가장 기반이 됐던 기술이 바로 CTF입니다. CTF를 원통형으로 만들어 수직구조로 적용했고, 적층 하는 방식을 사용하면서 높은 밀도와 성능을 제공할 수 있게 된 것입니다.

셀의 밀집도가 높아지며 성능이 좋아졌고, 적층 및 CTF의 적용으로 적은 전압으로도 Control이 가능해져 속소비전력이 적어졌습니다. 또한 CTF구조로 데이터 간의 터널링이 줄어들어 셀의 수명도 늘어날 수 있었습니다.

CTF구조를 활용한 3D Nand(V Nand)의 개발로 소자 미세화와 집적도의 한계를 뛰어넘을 수 있게 된 것입니다.

 

 

V-NAND(3D NAND)란 무엇일까?