[ Nandflash ] 06. SLC, MLC, TLC

MLC와 TLC

---

앞서 설명한 플래시메모리는 한 셀에 1비트만 저장이 가능했다. 0아니면 1이었으니까.

이런 셀을 무수히 많이 집적해서 플래시 메모리를 만드는데 셀이 10억개 집적되어 있으면 1Gb(128MB)의 용량을 갖는식으로.

플래시메모리는 저장매체이니 더 많은 저장용량을 원하는건 당연한 요구이다. 그래서 머리를 굴리는 것이 "한 셀에 2비트씩 저장해보자!!"

한셀에 저장되는 용량이 2배면 셀의 개수(메모리 다이의 크기)를 늘리지 않아도 저장용량이 단숨에 2배로 늘어난다.

?? 그럼 이것을 어떻게 구현할 것인가?

전자있다(0), 전자없다(1) 의 단순한 구분을 뛰어넘어서

전자없다(11), 전자적다(10), 전자많다(01), 전자아주많다(00)로 구분을 세분화 한것이다.

이를 기록하기 위해서 쓰기 과정에서 각 신호별 Control Gate 전압이 세분화된다.

Control Gate의 전압에 따라 저장되는 전자의 양이 결정되고 전자의 양으로 신호를 구분하게 된다.

이렇게 한 셀에 2비트를 저장하게 된 제품을 MLC(Multi Level Cell)라고 한다.

여기서 더 나아간 것이 TLC(Triple Level Cell)이다. 한 셀에 3비트를 저장하는 것이다.

구분해야할 신호가 8개로 늘었꼬 신호별 Control Gate 전압은 더욱 촘촘해졌다.

왜 MLC, TLC로 갈 수록 쓰기 속도가 느린가?

쓰기를 위한 Control Gate 전압이 한방에 구현되지 않기 때문이다.

TLC에서 요구하는 8가지 상태를 기록하기 위해서는 7개의 전압이 필요한데 (전자가 없는 상태는 CG전압이 필요없으니 하나가 빠져서 7개 )

이 7가지 단계가 한번에 기록되는 것이 아니다.

위 단계를 보면 3단계에서 걸쳐서 이루어지는데

1. erased상태를 벗어나고
2. 7개의 상태로 대략적으로 조정하고
3. 다른 신호와 겹치지 않게 더 정밀하게 조정한다.

SLC(Single Level Cell)에 비해 기록단계를 더 거치기 때문에 쓰기에 더 긴 시간이 걸리고 쓰기 속도가 느려지는 것이다.

읽기 속도에서 SLC, MLC, TLC 모두 큰 차이가 없는 것은 읽기원리를 보면 답이 나온다. 그 과정은 비슷하기 때문에!

왜 MLC, TLC로 갈 수록 수명이 급격히 줄어드는가?

상황을 가정해보겠다. 산화막의 손상이 발생했다.

• SLC에서 0을 기록하기 위해 전압을 걸지 않았다. 산화막 손상때문에 약간 전자가 들어왔지만 어차피 신호는 전자가 많고 적은 상태만 구분하면 되기 때문에 읽기 과정에서 문제없이 0으로 인식되었다.
• MLC에서 01을 기록하기 위한 전압을 걸었다. 산화막 손상때문에 예상보다 많은 전자가 들어오긴했지만 10상태의 전자량보다 적다. 읽기과정에서 정상적으로 01이라고 인식되었다.
• TLC에서 001이라는 내용을 기록하기 위한 전압을 걸었다. 그런데 산화막이 손상되어 예상보다 많은 전자가 Floating Gate에 저장되었다. 늘어난 전자량 때문에 읽기과정에서 001이 아닌 010으로 인식되었다. 이러면서 오류가 생긴다. 특별한 조치가 없는 한 이셀은 수명을 다한것이다.

=> SLC, MLC, TLC로 갈수록 각 신호의 구분은 더 촘촘해지고, 더 정밀하게 전자의 수가 조절되어야 한다. 산화막의 손상으로 인해 전자의 수가 컨트롤되지 않았을 때 가장 민감하게 반응하는것이 TLC일 수 밖에 없다. 이 때문에 MLC, TLC로 갈수록 수명이 기하급수 이상으로 빠르게 감소하는 것이다.

공정미세화가 진행될 수록 수명이 줄어드는 이유

---

다이 크기를 줄이기 위해서 공정미세화는 필수 불가결한 요소이지만 문제는 그에 따라 수명이 감소한다는 것이다.

제조 공정이 발전할 수록 셀의 크기는 줄어들고 한 셀에 저장할 수 있는 전자의 수도 줄어든다. 더욱 더 미세하게 각 신호별 전자수를 조절해야 한다.

누설로 인한 전자 수의 변화에 더욱 민감해질 수 밖에 없다.