Автореферат (1091050), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Элементывторогокласса(энергозависимаяпамять)предназначеныдлякратковременного хранения данных с целью повышения быстродействиявычислительных устройств. Далее в работе будем рассматривать элементыпамяти, относящиеся к первому классу, так как именно энергонезависимаяпамять используется для хранения кода программ и данных для егоисполнения.Аналитический обзор современной элементной базы показал наличиенескольких видов энергонезависимой памяти с различными физическимипринципами функционирования (Рисунок 2).а)б)г)в)Рисунок 2 – Поперечное сечение элементов храненияэнергонезависимой памятиа) память на основе хранения заряда (EEPROM), б) магниторезистивнаяпамять (MRAM), в) сегнетоэлектрическая память (FeRAM),г) память на основе фазового перехода (PRAM)10Доля таких видов памяти как MRAM, FeRAM и PRAM [6-8] невелика ив совокупности не превышает 1 % от общего объема энергонезависимойпамяти. Таким образом, память на основе хранения заряда в ближайшейперспективе остается основным видом энергонезависимой памяти.К настоящему времени сформировалось два основных типа памяти наоснове хранения заряда, которые реализованы на ячейках с плавающимзатвором и с использованием технологии захвата заряда.
В соответствии стребованиямифункциональнымкэнергопотреблению,возможностямтопологическимизделийразличныенормамипроизводителиразрабатывают элементы памяти на основе хранения заряда (Рисунок 3)[9-14].Рисунок 3 – Типы ячеек энергонезависимой памятиНесмотря на различия в структуре ячеек, технологии производствапринцип их работы основан на общих квантовых и инжекционныхмеханизмах записи/стирания. К базовым механизмам записи/стирания ячеекпамяти относятся [15-21]:1. Квантовый эффект туннелирования Фаулера-Нордхейма;112. Горячая инжекция электронов;3. Горячая инжекция электронов в подложку;4. Горячая инжекция электронов со стороны истока.Воздействие сильных электрических полей, которые используются дляреализации соответствующих механизмов записи/стирания, может привести кизменению вольт-амперных характеристик ячеек памяти и как следствие кнекорректной интерпретации данных.Втораяглавапосвященаисследованиюосновныхмеханизмов,оказывающих влияние на функционирование ячеек энергонезависимойпамяти и вопросам образования в них различного рода дефектов.Способностьопределенногоячейкипамятипромежуткаудерживатьвремениизарядсохранятьнапротяжениисвоивыходныеэлектрофизические характеристики после определенного числа цикловперезаписи характеризует надежность функционирования энергонезависимойпамяти в целом.
Квантовый эффект туннелирования Фаулера-Нордхейма, атак же различные механизмы инжекции электронов на протяжениижизненногоциклаподвергаютзначительнойэлектрическойнагрузкедиэлектрические слои ячейки памяти. Внешние воздействия, в особенноститепловые и электрические нагрузки, могут ускорять деградационныепроцессы и вызывать генерацию дефектов. Образование дефектов можетпривести к некорректной работе ИМС. Некорректная работа можетпроявляться в виде ошибок при программировании, чтении или стирании.Кпричинам,которыемогутпривестикотказувработеэнергонезависимой памяти на основе хранения заряда, предложено отнестиследующие дефекты (Рисунок 4) [22]:1. Дефекты оксида.2.
Ионная контаминация.3. Термоэлектронная эмиссия, связанная с неоднородностью материала.124. Дефекты контактных областей ячеек памяти.5. Пробой оксидного слоя.6. Стресс-индуцированный ток утечки.7. Эффект избыточного удаления.а)б)в)г)Рисунок 4 – Проявление различных дефектов ячеек энергонезависимойпамятиа) деградация оксида[22], б) стресс индуцированный ток утечки[23],в) изменение порогового напряжения в течении жизненного цикла[24],г) сужение окна циклов записи/стирания[25]Основной из причин можно считать дефекты оксида. Ведь даже прималых прикладываемых напряжениях локальные электрические поля в13диэлектриках и в приповерхностных слоях могут быть близкими кнапряжению пробоя.
В таких условиях постепенно происходит деградациядиэлектрика и границ раздела оксида и полупроводника. Одним изнедостатков,внедряемыхвпроизводствематериаловсвысокойдиэлектрической проницаемостью, является присущий им эффект захватазаряда. Захват заряда вызывает смещение порогового напряжения, что современем может привести к отклонению выходных характеристик ячеекпамяти от заданных. Основными механизмами, вызывающими дефектыоксида можно считать генерацию ловушек заряда в диэлектрике, межзонныйтуннельный ток, а так же значительное растекание и накопление заряда вдиэлектрике.Таким образом, на протяжении жизненного цикла в ячейках памятимогут проявляться различные дефекты, которые могут быть связаны как сотклонениями при технологических этапах производства ИМС, так и сдеградацией диэлектрических слоев.
Диагностика дефектов ячеек памятиявляется достаточно трудоемкой и важной задачей, как с точки зрениянадежности функционирования критически важных вычислительных систем,так и для технологии анализа отказов ИМС в целом.ВтретьейглавеисследованыэлектрофизическиепараметрыМДП-структур методами СЗМ. Предложены решения по развитию МЗК иметодики КСЕМ для проведения диагностики дефектов ячеек памяти.Анализ существующих методов СЗМ показал широкий спектр ихприменения.ВобластиисследованийэлектрофизическихпараметровМДП-структур наиболее информативными являются: МЗК, КСЕМ и методотображения сопротивления растекания.Анализ возможностей методики КСЕМ в изучении локальных свойствМДП-структур14КСЕМпозволяетхарактеристикпроводитьизмерениеМДП-структур.высокочастотныхИсследованиеC-VвысокочастотныхC-V зависимостей позволяет получать данные о локальных свойствахМДП-структур (Рисунок 5).Методика реализована на сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ)«ИНТЕГРА» производства компании ЗАО «НТ-МДТ».
В процессе измеренийпроводящийзондСЗМнаходитсявконтактесповерхностьюполупроводника, покрытым слоем диэлектрика. Через омический контакт кполупроводнику приложено некоторое постоянное напряжениесистемы зонд-диэлектрик-полупроводник зависит отвеличиной, где. Емкость. и определяется– паразитная емкость измерительнойсистемы, которую не удалось скомпенсировать [26,27].Рисунок 5 – Высокочастотные C-V характеристики МДП-структур сразличными свойствами15Чувствительность измерений методики КСЕМДля анализа возможностей методики КСЕМ в области исследованияМДП-структур предложено ввести величинуи назвать еечувствительностью измерений методики по величине, пропорциональнойемкости:(1)Чем выше уровень чувствительности измерений, тем достовернее можноразличать между собой области МДП-структуры с различными емкостнымисвойствами (Рисунок 6).Рисунок 6 – Чувствительность измерений методики КСЕМКачестворезультатовизмеренийэлектрофизическихпараметровметодом КСЕМ зависит от трех основных аспектов – чувствительностиэлектронной компонентной базы прибора, подготовки образца и свойствазондов СЗМ [28,29].Исследованиевлияниясвойствзонданачувствительностьизмерений КСЕМДля исследования влияния радиуса зонда СЗМ ( з ) на чувствительностьизмерений КСЕМ, методом сфокусированного ионного пучка был измененпараметрзу шести зондов СЗМ (Рисунок 7).16Рисунок 7 – Модифицированные зонды СЗМИзмерения величиныпроводились на одном и том жеобразце при одинаковых условиях (Рисунок 8).
Геометрические размерыизмеряемыхобластейМДП-структурсразличнымиемкостнымихарактеристиками составляют: ширина 400 нм, длина 2 мкм.б)а)Рисунок 8 – Зависимость величины ∆(C(V)+const) от:а) радиуса зондаз , б)материала проводящего покрытияАнализ экспериментальной зависимости (Рисунок 8а) показал, чтонаибольшая чувствительность измерений методом КСЕМ достигается прииспользовании зондов, радиус которых сопоставим с геометрическимиразмерами измеряемой области МДП-структуры.
При этом увеличение17параметразоказывает негативное влияние на латеральное разрешениеметода.ПриизмеренияхметодомКСЕМиспользуютсяспециальныепроводящие зонды с платиновым покрытием. Методом осаждения из газовойфазыназондСЗМбылнанесенслойвольфрама.Используямодифицированный вольфрамом и стандартный зонды СЗМ были проведеныизмерениявеличиныдляодногоитогожеобразца (Рисунок 8б).Таким образом, за счет изменения проводящего покрытия зондакантилевера возможно повысить чувствительность измерений метода на 12%,за счет лучшего показателя уровня проводимости W по сравнению с Pt.Исследования влияния параметров зонда СЗМ на чувствительностьизмеренийКСЕМхарактеристиками.позволилиВсесоздатьдальнейшиезондСЗМсулучшеннымиэкспериментальныеисследованияпроводились с использованием модифицированных зондов.Исследованиевлияниятолщиныкремниевойподложки(к)начувствительность измерений КСЕМПодготовка образца для измерений методикой КСЕМ предусматриваетС , у.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
