[반도체] Flash NAND 신뢰성이란?

NAND 신뢰성

반도체 제품이 가진 최소한의 성능을 일정 기간 동안 온전히 발휘할 확률

기술이 발전하면서 반도체 용량과 제품 종류는 다양해졌지만,

신뢰성은 계속해서 취약해졌다는 문제가 있다.

(NAND 제품이 SLC → MLC → TLC → QLC로 용량은 높아졌지만 전반적인 신뢰성 약화)

반도체는 정확한 위치에 데이터를 Write/Read하여
필요 없는 데이터는 깨끗이 Erase 하여 제때에 저장 공간을 확보하는 것이 중요하다.

 

 

반도체 고용량화에 따른 Cell 결함 증가

그동안 반도체 설계 규칙은 Cell 물리적인 크기와 간격을 줄이는 쪽으로 발전해 왔다.

반도체 용량을 높이면 Cell당 가격을 매년 30% 정도씩 낮출 수 있지만

여러 가지 결함(Defect)이 생긴다는 문제점이 있다. 

Cell 자체 크기가 작으면 외부 충격에 약해진다.(보존성, 내구성)
Cell과 Cell 간격이 좁아지면 외부 전자로부터 받는 영향(교란성, 간섭성)이 증가한다.

• 보존성  = Floating Gate 에 전자들을 가두어 빠져나가지 못하도록 하는 것

• 내구성 = 반복적인 PE Cycling 수행에 대한 한계 조절 능력

→ 보통 보존성과 내구성은 Trade off로 한쪽을 강화하면 다른 한쪽이 약화한다.

 

 

• 교란(Disturbance)

　= 이웃한 Cell에 저장된 전자 집단의 정전력에 영향을 받아 발생하는 데이터 에러

 

• 간섭(Interference)

　= 데이터를 저장하고 지우는 과정에서 Cell 주변에 임시로 갇힌 전자들이 영향을 받는 것

📌 Flash NAND 내구성이란

Flash NAND 내구성이란

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예를들어
Cell 크기가 작아져 Floating Gate 입체 면적이 줄어들면
절연막이 얇아지고 전자의 터널링 작용으로 금이 가기 쉽고,
그 틈으로 전자 누수가 발생할 가능성이 커진다.
뿐만 아니라 한 번에 저장할 수 있는 전자 개체 수 역시 적어져 데이터 보존 기간도 짧아지게 된다.

 

고용량 반도체 Cell의 결함 증가율을 낮추기 위해
Cell의 위치를 바꾸거나(2D Planar→3D Vertical)로 바꾸거나
Cell 내 모양을 변경(FET→FinFET)하는 등
다양한 기술적 변화가 시도되고 있다.

 

제품 스펙을 정할 때 적정 수준 레벨을 설정하기도 하는데
칩 내에서도 Cell의 성격이 상이한 Area(Storage Area 혹은 Coding Area)별로
신뢰성 항목을 각기 다르게 설정하여 맞춤형으로 Fab 공정을 진행하기도 한다.