Автореферат (1091050), страница 3
Текст из файла (страница 3)
е.утонение кристалла ИМС со стороны кремниевой подложки.Толщина кремниевой подложки, к нмРисунок 9 – Зависимость величиныкремниевой подложкиот толщины18Исследование экспериментальной зависимости (Рисунок 9) показали,что принм значение величинык =200максимально.Исследование чувствительности измерений МЗКМетодзондаКельвинаилиметодизмеренияповерхностногопотенциала, нашел широкое применение в исследовании поверхностныхсвойств полупроводников.позволяютопределятьДанные, полученные при измерениях МЗК,участкинаповерхностиполупроводниковогоматериала, с различной величиной поверхностного потенциала. Этопозволяет локализовать внесенный в МДП-структуру заряд, а так жеисследовать полупроводник на предмет наличия нежелательных примесей вего структуре.Чувствительность измерений МЗК позволяет оценить, при какойминимальной разнице поверхностных потенциалов двух точек их возможноразличить.
Для определения чувствительности МЗК на графитовую пластинуотисточника,черезделительнапряжения,подавалосьпостоянноенапряжение с различными значениями. При каждом значении напряжения награфитовой подложке с интервалом 10 секунд МЗК проводилось измерениезначения поверхностного потенциала в одной точке. Таким образом, былополучено распределение уровня поверхностного потенциала во времени ипостроен его профиль, при различном значении постоянного напряжения наобразце (Рисунок 10).Рисунок 10 – Распределение уровня поверхностногопотенциала и его профиль19Среднеквадратическоеотклонение(S)величиныизмеряемогоповерхностного потенциала при уровне постоянного напряжения на образце41 мВ, составило 12 мВ.
Величина S сопоставима с уровнем собственныхшумов измерительной системы. Разницу между уровнями поверхностногопотенциала удалось зафиксировать на 30 секунде, при подаче на образецнапряжения 25 мВ и 41 мВ. Следовательно, можно утверждать, чточувствительность измерений МЗК составляет 16 мВ.Метод отображения сопротивления растеканияМетод основан на измерении тока, протекающего между зондом иобразцом при подаче напряжения смещения. При проведении измеренийметодомотображениясопротивлениярастеканияприменяютсятокопроводящие кантилеверы с покрытием из платины или нитрида титана.Если сопротивление контакта зонд-образец постоянно при сканировании, тоток будет зависеть от локальной проводимости образца [30].Метод отображения сопротивления растекания дает возможностьисследовать полупроводниковые структуры на предмет обнаружения в нихобластей с различной проводимостью.На кремниевой пластине с имплантированными областями диоксидакремния проведены измерения тока зонд-образец и построен профиль этоготока на участке с двумя областями диоксида кремния (Рисунок 11).Рисунок 11 – СЗМ изображение и профиль распределения тока зондобразец20На основе полученных данных о локальных диэлектрических свойствахисследуемойкремниевойпластиныможнооценитьвозможностьееиспользования при производстве интегральных микросхем.Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что методика КСЕМ,МЗК и метод отображения сопротивления растекания позволяют исследоватьразличныеэлектрофизическиепараметрыМДП-структурвцеляхдиагностики дефектов ячеек памяти.В четвертой главе проведены экспериментальные исследованияэлектрофизических параметров элементов хранения энергонезависимойпамяти методами СЗМ.
На основе анализа высокочастотных вольт-фарадныххарактеристик и уровней поверхностного потенциала в точке интересапоказанавозможностьдиагностикиэффектанакопленияизбыточныхосновных/неосновных носителей заряда в ячейках памяти, а так жепроведены исследования деградационных процессов в ячейках памяти напротяжении их жизненного цикла.Для подтверждения достоверности экспериментальных исследованийпостроена компьютерная модель ячейки памяти двухтранзисторного типа иячейки с расщепленным затвором.Диагностика эффекта избыточного накопления основных/неосновныхносителей заряда в ячейках памяти методикой КСЕМНеконтролируемое изменение заряда на плавающем затворе в большуюили меньшую сторону может стать причиной изменения уровня пороговогонапряжения транзистора и привести к ошибкам интерпретации хранимойинформации, и может быть связано с эффектом избыточного накопленияосновных/неосновных носителей заряда в ячейках.Для ячейки памяти двухтранзисторного типа на основе моделирассчитаны вольт-амперные и высокочастотные-14характеристики при-14различных уровнях заряда ( =0; –0.7*10 ; –1.4*10 ; –2.8*10-14 Кл) на21плавающем затворе (ПЗ).
Для ячеек двухтранзисторного типа в процессепрограммирования на ПЗ помещается заряд ≈ –1.4*10-14Кл. Таким образом,уровень заряда = –0.7*10-14и = –2.8*10-14 Кл на ПЗ показывает, что ячейкапамяти подвержена эффектам избыточного накопления основных/неосновныхносителей заряда.Анализданных,полученныхприрасчете,направление вектора смещения ВАХ иТаким образом, на основе высокочастотныхпоказалодинаковоекривых по оси напряжения.характеристик, можнооценить изменение порогового напряжения ячейки при различных уровняхзаряда на ПЗ.Методом КСЕМ были получены высокочастотныекривые для4 ячеек памяти, 2 из которых считывались некорректно (Рисунок 12).Рисунок 12 – Экспериментальные высокочастотныекривые22Сравнительныйхарактеристиканализпоказалрасчетныхсхожестьихиэкспериментальныхповедения.Экспериментальныезависимости для ячеек 3 и 4 (информация, хранимая в ячейках,интерпретируется некорректно) смещены соответственно влево и вправо откривой 1 (ячейка записана, функционирует корректно).
Это свидетельствует опониженном (для 3 ячейки) и повышенном (для 4 ячейки) уровне заряда наПЗ, а также об изменении уровня порогового напряжения транзистора,вызванноеэффектамиизбыточногонакопленияосновных/неосновныхносителей заряда.С целью подтверждения достоверности полученных результатовизмерений для корректно функционирующей ячейки памяти в записанномсостоянии 100 раз построены экспериментальныехарактеристики.
Приэтом определены значения величины сигналаже значениипри одном и томдля всех полученныхПогрешность измерений сигналахарактеристик.составила 5 у.е., это позволяетсчитать, что полученные результаты для некорректно функционирующихячеек памяти не выходят за рамки допустимой погрешности измерений.Таким образом, исследование высокочастотныхячеекэнергонезависимойпамятипозволяетхарактеристикдиагностироватьэффектнакопления избыточных основных/неосновных носителей заряда в дефектныхэлементах хранения.Исследование эффекта избыточного накопления основных/неосновныхносителей заряда в ячейках памяти методом зонда Кельвина.На основе модели ячейки ЭНП двухтранзисторного типа проведенырасчеты распределения поверхностного потенциала под областью ПЗ ячейкипамяти при отсутствии напряжения на управляющем затворе и двух уровняхзаряда на ПЗ (Рисунок 13).23Рисунок 4.11 – Распределение поверхностного потенциала под областьюПЗ при различном уровне заряда в элементах храненияАнализ результатов моделирования показал, что разность уровняповерхностного потенциала для ячейки с зарядом≈–1.4*10-14 Клсоставила100 мВ.Эмпирически≈0 Кл и с зарядомустановлено,чточувствительность МЗК составляет 16 мВ, следовательно, метод позволитотличить значение поверхностного потенциала для ячеек с различнымуровнем хранимого числа электронов в области плавающего затвора.Методом зонда Кельвина получен профиль распределение величиныповерхностного потенциала двух ячеек памяти с заведомо различными,уровнями заряда на плавающем затворе (Рисунок 14).Рисунок 14 – Профиль распределения поверхностного потенциала висследуемой области24На основе экспериментально полученных данных (Рисунок 4.13)установлено, что значения поверхностного потенциала ячеек с зарядом≈ –1.4*10-14 Кл и ≈0 Кл составили 300 и 360 мВ соответственно.Обобщая полученные результаты исследования, можно сделать вывод,что сведения о разнице поверхностного потенциала в области под ПЗпозволяют оценить различие уровня заряда помещенного в ПЗ ячеек памяти.При этом опираясь на знание уровня поверхностного потенциала ячеек встабильномрабочемсостоянииможнопровестиисследованиеповерхностного потенциала ячеек подверженных явлениям избыточногонакопления основных/неосновных носителей заряда.Экспериментально(иполученыуровниповерхностногопотенциала) для двух нефункционирующих ячеек памяти.
Их величинасоставила281 мВ,=322 мВ. Уровень поверхностного потенциала дляработоспособной ячейки в записанном состоянии равен 300 мВ, такимобразом, вследствие каких либо причин заряд на ПЗ изменился. Этосвидетельствует о подверженности ячеек явлениям избыточного накопленияосновных/неосновных носителей заряда.Исследованиядеградационныхпроцессоввячейкахпамятинапротяжении их жизненного цикла.Многократное перепрограммирование ячеек энергонезависимой памятиможетпривестикдеградациидиэлектрикаиграницразделаоксид-полупроводник. Данные явления оказывают влияние на областьнакопленного заряда в ПЗ ЭНП.Методом контактной сканирующей емкостной микроскопии полученопространственное распределение сигналадля однократнозапрограммированной ячейки памяти двухтранзисторного типа (Рисунок 15).Для оценки влияния количества циклов перепрограммирования наобласть накопленного заряда разработан макет, который позволяет проводить25многократное перепрограммирование внутренней памяти ИМС одинаковойбитовой последовательностью, тем самым подвергая воздействию одни и теже ячейки памяти.
При этом осуществляется контроль количества цикловперепрограммирования.С использованием разработанного макета три образца ИМС былиперепрограмированны 50000, 100000 и 200000 раз. При этом после 200000циклов перепрограммирования образец перестал функционировать.Для определенной ячейки памяти на каждом из образцов полученораспределения сигнала(Рисунок 15).Рисунок 15 – Распределение сигналадля ячеек памятидвухтранзисторного типа при различном количестве цикловперепрограммированияТакже проведено измерение распределения сигналадляячеек памяти с расщепленным затвором при однократном программированииипосле300000цикловперепрограммирования(ячейкипрекратилифункционировать) (Рисунок 16).Анализполученныхрезультатовпоказал,чтомногократноеперепрограммирование ячеек ЭНП приводит к существенному изменениюобласти накопленного заряда в ПЗ.26Рисунок 16 – Распределение сигналадля ячеек памяти срасщепленным затвором при различном количестве цикловперепрограммированияМногократноеперепрограммированиеэнергонезависимойпамятиприводит к усилению деградационных процессов в диэлектриках, к ростучисла ловушек заряда, усилению туннельного тока и к росту постояннойкомпоненты тока утечки, что в конечном счете приводит к выходу элементовхранения из строя.Исследованиепространственногораспределениясигналапозволяет точно определять границы области накопленногозаряда на плавающем затворе и проводить диагностику ячеек, подверженныхразличным механизмам отказов, связанных с усилением дегазационныхсвойств материалов.Исследование дефектов контактных областей ячеек памятиДефекты контактных областей сток/исток элементов хранения ЭНПприводят к выходу ячеек из строя за счет формирования канала утечки ивозникновению короткого замыкания между контактами.
Как правило,подобного рода дефекты возникают при нарушении технологическогопроцесса производства ИМС.Длялокализацииидиагностикинеисправностейтакогородаприменяется ряд различных методов анализа отказов ИМС. В работерассмотрена возможность применения метода отображения сопротивления27растекания,дляисследованиядефектовконтактныхобластейячеекэнергонезависимой памяти.Используя метод отображения сопротивления растекания, проведеноизмерение распределения тока зонд-образец для исследуемой области ИМС ипостроен профиль распределения тока зонд-образец для выбранного участка(Рисунок 17).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
