Автореферат (1091050)
Текст из файла
На правах рукописиШиколенко Юрий ЛеонидовичРАЗВИТИЕ МЕТОДОВ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙМИКРОСКОПИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ХРАНЕНИЯ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙПАМЯТИСпециальность:05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты,микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектахАвтореферат диссертациина соискание ученой степеникандидата технических наукг. Москва20162Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждениивысшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА.Научный руководитель:Лукичев Владимир Федорович,член-корр. РАН,докторфиз.-мат.наук,профессор.Официальные оппоненты:ТимошенковСергейПетрович,доктортехнических наук, профессор, заведующийкафедрой микроэлектронии МИЭТ.ТагаченковкандидатАлександрМихайлович,физико-математическихначальникотделанаук,Институтананотехнологий микроэлектроники РАН.Ведущая организация: ЗАО «НТ МДТ»Защита состоится «___» __________ 2016 г. в ___ часов на заседаниидиссертационного совета Д212.131.02 в МИРЭА по адресу: 119454,г.
Москва, проспект Вернадского, 78.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИРЭА по адресу:119454,г. Москва, проспект Вернадского, 78. Автореферат диссертацииразмещен на сайте МИРЭА www.mirea.ruАвтореферат разослан «___»___________ 2016 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д212.131.02кандидат физико-математических наук, доцентА.Н. Юрасов3Актуальность темы диссертацииЗапоминающиеустройства(ЗУ)являютсянаиболееактивноразвивающимся сегментом рынка микроэлектроники.
Компактность, высокаяинтегрируемость и низкое энергопотребление делают полупроводниковые ЗУпрактически незаменимым решением для хранения данных во всехсовременных высокотехнологичных изделиях. Объѐм и архитектура памяти,электрофизические параметры элементов хранения, обусловленные ихконструктивнымиитехнологическимиособенностями,вомногомопределяют функциональные характеристики изделия электронной техники вцелом.К настоящему времени созданы десятки типов памяти с различнымипринципамифункционирования.Многиесобственныеэлементыпамятиэнергопотреблению,хранениятопологическимкомпанииисходянормамразрабатываютизитребованийкфункциональнымвозможностям изделия.
Для наилучшей интеграции массива памяти в ИМСпроизводителиразрабатываютструктуруивыбираютмеханизмызаписи/стирания ячеек памяти.Ячейка flash-памяти хранит данные в виде заряда на плавающемзатворе. Логическое состояние ячейки памяти определяется значением токапротекающего от истока к стоку. В свою очередь ток стока зависит отпорогового напряжения управляющего затвора, которое является аналоговойфункцией заряда, сохраняемого на плавающем затворе. Аналоговыехарактеристикипреобразуютсявпериферийныхцепях.Утечкаилипереизбыток электронов на плавающем затворе может привести к потереданных.
Ни один другой элемент интегральной микросхемы (ИМС) так нечувствителен к низким уровням диэлектрической утечки (менее 10 -23А).На степень надежности ячейки памяти оказывают влияние дефектыразличного рода. Каждый из дефектов вносит свой вклад в деградационные4процессы, протекающие в ячейке памяти, что в итоге приводит к изменениямвыходных электрофизических характеристик элемента хранения.Ячейка памяти во время эксплуатации подвергается воздействиюэлектрических полей, что приводит к усилению деградационных процессов.Особенности условий и режимов эксплуатации, электрические нагрузкиускоряют деградационные процессы и вызывают генерацию дефектов.
Витоге все эти процессы могут привести к некорректной работе и даже котказу ИМС, что может стать критическим фактором при функционированииотдельных военных, навигационных, космических и других важных длягосударства вычислительных системах.На надежность постоянных ЗУ (ПЗУ) с субмикронной топологиейвлияние оказывают скрытые электрофизические явления, протекающие вячейкахпамятивовремяэксплуатации.Определениефизическихмеханизмов, приводящих к отказу ПЗУ, выходит на первый план в процессеувеличения выхода годных изделий и улучшения показателей надежностифункционирования элементов flash-памяти. Миниатюризация ячеек памяти,уменьшение количества размещенного на плавающем затворе заряда и другиефакторы требуют применения в технологии анализа отказов методовдиагностики, возможности которых, позволяют оценить поверхностныйпотенциал, вольт-фарадные и вольт-амперные характеристики заданнойобласти интереса с требуемой чувствительностью и пространственнымразрешением.Для повышения качества производства элементов памяти (выходгодных), улучшения их эксплуатационных характеристик, стимулированияновых разработок в сфере устройств хранения данных необходимо развитиеметодов диагностики электрофизических параметров элементов храненияэнергонезависимойпамятинапротяженииихжизненногоцикла,5позволяющих определять дефекты и исследовать особенности протеканиядеградационных процессов в ячейках памяти ИМС.Цель работыРазвитиеметодовисследованияэлектрофизическихпараметровМДП-структур с субмикронным разрешением для локализации и диагностикидефектов в элементах хранения энергонезависимой памяти.Указанная цель достигается решением в работе следующих задач:1.
Провести анализ элементной базы запоминающих устройств ИМС;2. Провести анализ причин возникновения отказов в элементахэнергонезависимой памяти;3. Дать оценку возможности применения существующих методовсканирующейзондовоймикроскопии(СЗМ)вдиагностикеэлектрофизических параметров элементов хранения энергонезависимойпамяти;4. Исследоватьмикроскопииметодомконтактнойвысокочастотныесканирующейвольт-фарадныеемкостнойхарактеристикиМДП-структур;5. Провести исследования поверхностного потенциала МДП-структурметодом зонда Кельвина (МЗК);6. Разработать механизм комплексной диагностики дефектов элементовхранения энергонезависимой памяти на основе методов СЗМ.Обоснованностьподтверждаютсяидостоверностьпроведеннымиполученныхэкспериментальнымирезультатовисследованиями,согласованностью их результатов с теоретическими данными и отсутствиеммежду ними противоречий.Научная новизна работы заключается в следующем:1.
Впервые проведены комплексные исследования электрофизическихпараметров ячеек энергонезависимой памяти методами СЗМ.62. Наосновеисследованийустановленныхсоответствиймеждувысокочастотными вольт-фарадными и вольт-амперными характеристиками,уровнем поверхностного потенциала и зарядом на плавающем затворе ячеекпамяти показана возможность диагностики возникающих в них дефектов.3. Установлена чувствительность МЗК, по уровню детектируемогоповерхностного потенциала.4. Показанавозможностьповышениячувствительностиметодикиконтактной сканирующей емкостной микроскопии (КСЕМ) посредствомпроведения модификации зондов кантилеверов.Практическая значимость работыПолученные результаты позволяют использовать их для диагностикидефектов элементов памяти, что способствует, как оптимизации ееэксплуатационных характеристик, так и увеличению процента выхода годныхкристаллов при производстве современных ИМС с внутренней памятью.1.
Предложен способ локализации дефектов контактных областей ячеекпамяти методом отображения сопротивления растекания.2. Наосновеметодикиконтактнойсканирующейемкостноймикроскопии разработан способ диагностики дефектов ячеек памяти.3. Предложен способ исследования деградационных процессов вячейках памяти на протяжении их жизненного цикла.На защиту выносятся следующие научные положения:1. Показанавозможностьдиагностикиэффектовнакопленияизбыточных основных/неосновных носителей заряда в дефектных элементаххранения энергонезависимой памяти.2.
На основе анализа распределения сигнала, пропорциональногодифференциальной емкости, показана возможность диагностики элементовхраненияэнергонезависимойпамяти,подверженныхдеградационным7процессам, с латеральным разрешением 200 нм, разрешением по уровнюзаряда -1,6*10-16 Кл.3. Впервые проведены исследования влияния толщины полупроводникав структуре образца, радиуса кривизны и электрических свойств зондакантилевера на чувствительность методики КСЕМ.
Показана возможностьповышения чувствительности измерений.ПубликацииОсновные результаты диссертации изложены в 9 работах (6 работ вжурналах из перечня ВАК). Список публикаций приведен в концеавтореферата.Апробация работыРезультаты работы докладывались на 25-ой Международной Крымскойконференции«СВЧ-техникаМеждународнойителекоммуникационныенаучно-техническойконференциитехнологии»,«Фундаментальныепроблемы радиоэлектронного приборостроения» в 2013 и 2015 годах.Личный вклад автораВсе результаты диссертационной работы, как расчетные, так иэкспериментальные, получены автором лично или с его непосредственнымопределяющим участием; им проведены все научно-исследовательскиеэкспериментынасканирующемзондовоммикроскопеи системесфокусированным ионным пучком.Объем и структура работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, спискаиспользуемых сокращений и списка литературы.
Объем работы составляет179 страниц, включая 128 рисунков и 14 таблиц. Список цитируемойлитературы включает 175 наименований.8Содержание работыВо введении обоснована актуальность диссертационной работы,определена основная цель работы, обоснована научная новизна полученныхрезультатов и их практическая значимость, сформулированы положения,выносимые на защиту.Впервойглавепроведенанализсостояниямировогорынкамикроэлектроники, рассмотрены тенденции его развития и показаныпередовые технологические решения, применяемые при производственовейших изделий твердотельной электроники.Реализация большинства инновационных технологий к настоящемувремени стала возможной только благодаря современным решениям вобласти микро- и наноэлектроники.
По данным аналитического агентстваGartnerобъемрынкамикроэлектроникив2014 годупревысил300 миллиардов $ [1]. Одним из самых востребованных продуктов по отраслиявляется полупроводниковая память. На сегодняшний день на ее долюприходитсяоколотретиотобщегочислаизделиймикроэлектроники (Рисунок 1).Рисунок 1 – Распределение изделий микроэлектроники в 2011 году [1-5]На данный момент созданы десятки видов ЗУ различного назначения ипринципа работы: от элементов памяти на плавких перемычках до9прототипов репрограммируемых ячеек, способных хранить более четырехустойчивых состояний одновременно. Все многообразие существующих ЗУразделяют на два больших класса. Первый класс представляет собойэлементы памяти способные надежно сохранять данные на протяжениидлительного промежутка времени (энергонезависимая память).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
