Диссертация (1091051), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При считываниивыходная схема определяет величину тока стока как показано на рисунке 2.10. Вслучае хранения логического «0» при меньшем питании эта величина будетменьше и частично разряженная ячейка, порог которой находится в пограничном72состоянии, будет считана как запрограммированная, а при большем питании какстертая («1»). Противоположное поведение наблюдается, если при хранениилогической «1» на плавающем затворе присутствует избыточный положительныйзаряд. В этом случае критичным будет минимальное напряжение питания [107].Рисунок 2.10 – Зависимость тока стока от напряжения на управляющем затвореТаким образом, контроль выходных параметров ячейки памяти предложенопроводить при крайних значениях диапазона напряжения питания.
Проведениеизмерений и снятие характеристик осуществляется со всех ключевых узловячейки памяти согласно емкостной модели транзистора с плавающим затвором(рисунок 2.11). Такими областями являются: области сток/исток, управляющийзатвор/подложка, исток/сток – управляющий затвор.Рисунок 2.11 – Емкостная модель транзистора с плавающим затвором [109]73Напряжение на плавающем затворе вычисляется по формуле:(2.10)где,,напряжения на истоке, стоке, подложке и управляющем,затворе соответственно.– суммарная емкость+ ++.– заряд наплавающем затворе.Напряжение на плавающем затворе (управляющем затворе () зависит от напряжения на) и от заряда на плавающем затворе.
Так же наоказывает влияние потенциал на стоке, истоке и подложке. Если подложка иисток заземлены, то:(2.11)следовательно:,где/=–/коэффициентсвязидлязатвора,– коэффициент связи стока.Заряднанапряженийуправляющем= ( ,,затвореявляется⁄комплекснойфункцией, ).⁄гдеуправляющего(2.12)(2.13)– заряд, инжектируемый на плавающий затвор во времязаписи/стирания.Существенную роль в определении вида отказа играют детектированиепротекающих токов (,,) входящих в состав токов записи/стирания(рисунок 2.12), т.е. токов туннелирования Фаулера-Нордхейма и горячейинжекции электронов (CHE) [86,89,90,101,104,107-109].74Рисунок 2.12 – Токи, возникающие в режимах записи/стирания [109,135]Электрическое поле сквозь туннельный оксид определяется эмпирическимвыражением:(где)– напряжение плоских зон,раздела Si/SiO2,(2.14)– поверхностный потенциал границы– поверхностный потенциал границы раздела поликремний/SiO2.В течение жизненного цикла ячейки памяти могут наблюдаться эффекты,свидетельствующие о протекающих деградационных процессах.Измерение электрофизических параметров ячейки памяти в процессеэксплуатации позволяет определить возможные причины отказа.2.3 Причины возникновения отказов в элементах памятиК причинам, приведшим к отказу в работе энергонезависимой памяти наоснове хранения заряда, предложено отнести несовершенства технологическогопроцесса и применяемых материалов вызвавшие в последствие сбой в работеустройства.
Причинами отказа предложено считать следующие дефекты:1. Дефекты оксида (Oxide defects).2. Ионная контаминация (Ionic contamination).3. Термоэлектронная эмиссия, связанная с неоднородностью материала(Thermionic emission).4. Дефекты контактных областей ячеек памяти (Contact area defects).5. Пробой оксидного слоя (Oxide breakdown).6. Стресс-индуцированный ток утечки (stress-induced leakage current-SILC).757. Эффект избыточного удаления (Overerase).2.3.1 Дефекты оксидаВ процессе миниатюризации ячеек памяти толщина оксидного слояуменьшилась до размеров менее 10 нм. Даже при малых прикладываемыхнапряженияхлокальныеэлектрическиеполявдиэлектрикахивприповерхностных слоях могут быть значительными, близкими к напряжениюпробоя.
В таких условиях постепенно происходит деградация диэлектрика играниц раздела оксида и полупроводника. Одним из технологических недостатковвнедряемых материалов с высокой диэлектрической проницаемостью являетсязахват заряда. Захват заряда вызывает смещение порогового напряжения и современем приводит к деградации ячейки памяти.Рассогласование кристаллических решёток на границах разделов приводит ктому, что некоторое число атомов кремния остаются несвязанными.
Такие атомыимеют неспаренные валентные электроны. Такого рода явления называютсядефектами оборванных связей. Данные дефекты имеют амфотерную природу. Этоозначает, что оборванные орбитали могут быть заняты 1 или 2 электронами, чтоможет сделать один и тот же дефект положительно заряженным или отрицательнозаряженным в зависимости от положения уровня Ферми на границе раздела.Кроме того в оксиде присутствуют другие дефекты – кислородные вакансии,часто положительно заряженные.
Таким образом, уже в исходном состоянии доначала эксплуатации структуры уже содержат ловушки заряда. В процессе работыустройства происходят разрывы связей кристаллических решеток, что усиливаетдеградацию. Случаи наибольшей деградации наблюдаются при приложенииотрицательногонапряженияназатвор,когдаподложкойявляетсяnSi(инверсионный канал р-типа). Инжектируемые электроны и электрическое полевоздействуют на оксид и границы разделов. Такое воздействие приводит кобразованию ловушек заряда, как в оксиде, так и на границах разделов.Дефекты оксида могут служить причиной возникновения как утечки заряда,так и накопления заряда, т.е. избыточностью неосновных носителей заряда или76основных носителей заряда соответственно.
Неисправности связанные с оксидоммогут возникнуть как из-за дефектов при производстве, так и в процессеперезаписи памяти. Так же это может привести к возникновению феномена«низкотемпературного захвата заряда» и снижению характеристик хранения приневысокихтемпературах.Данныйфеноменисчезаетприповышениитемпературы [107-110].Атомы кремния и кислорода в оксиде имеют ковалентные связи ичередования, а углы Si-O-Si имеют большой разброс.
В оксиде кремниянаблюдаются дефекты присущие твердым кристаллическим телам (объёмноесостояние,вакансии,междоузельныеатомыкремнияикислорода),испецифические дефекты (трехвалентный кремний). Исследования методомэлектронногопарамагнитногорезонансаГерасименкоН.Нпоказалидоминирование данных дефектов в пленках оксида [112]. Данные дефектынаблюдались так же в работах Ленахана [113].
Наибольшее влияние надеградацию оксида также оказывают следующие явления: генерация потокадырок,образованиеэлектронов,межфазныхположительныхиловушекзаряда,отрицательныхнейтральныхловушекзаряда,ловушекстресс-индуцированный ток утечки (SILC).Явление генерации потока дырок (anode hole injection) объясняетобразование межфазных ловушек и основных ловушек в оксиде [111].Инжектируемые электроны с высокой энергией способны вызватьгенерацию горячих дырок туннелирующих обратно к катоду (Рисунок 2.13) .Рисунок 2.13 – Модель инжекции горячих дырок [109]77Другим возможным объяснением влияния протекающих токов в подложкена образование дырок является генерация фотонов на аноде [114]. Фотоныобразуются в результате инжекции электронов и могут быть детектированы вэмиссионном микроскопе.Плотность потока дырок зависит от плотности потока электроновивычисляется по формуле:,где(2.15)– вероятность того что туннелирующие электроны вызовут генерациюдырок на аноде, способных инжектироваться обратно в оксид по направлению ккатоду,– напряженность электрического поля в оксиде.По сравнению с памятью с плавающим затвором, ячейка памяти на основенитрида (например, SONOS) обеспечивает значительно лучшие характеристикихранения заряда на дискретных центрах захвата в непроводящем слое нитрида.Образование дефектов не приводит к потере всего заряда на плавающем затворе, атолько его части в непосредственной близости к дефектной области.2.3.2 Ионная контаминацияНарушение техпроцесса и присутствие примесей в материалах приводят кпоявлению дефекта, называемого ионной контаминацией.
Ионная контаминациявлечет за собой эффект экранировки. Интегрированная память может попасть подвоздействие контаминации, возникающей из-за дефектов в пассивации кристалла.Положительно заряженные ионы, притягиваемые отрицательным зарядом наплавающем затворе, служат причиной возникновения эффекта сравнимого спотерей заряда [86,115].2.3.3 Термоэлектронная эмиссияДефекты применяемых материалов и нарушения технологического процессаспособны усилить эмиссию носителей заряда через потенциальный барьер вовремя эксплуатации устройства. Данный эффект не проявляется при низкихтемпературах,ностановитсязначимымпривысокихтемпературах [110,111,116,117]. При повышении температуры число электронов,78кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода,растет, и явление термоэлектронной эмиссии становиться заметным.
Ток,обусловленный горячими равновесными электронами, вследствие распределенияэнергии по степеням свободы называется током термоэлектронной эмиссии. Длярасчета тока термоэлектронной эмиссии применяют формулу Ричардсона:(2.16)гдевыхода,– ток термоэлектронной эмиссии,– термодинамическая работа– постоянная Ричардсона.Таким образом, из соотношения следует, что ток термоэлектронной эмиссиис поверхности полупроводника определяется только термодинамической работойвыходаи температурой .Помимоутечкизаряда,эмитированныеэлектроныспособныспровоцировать накопление объёмного заряда на границе полупроводника.2.3.4 Дефекты контактных областей ячеек памятиНарушениеметаллизацииконтактныхобластейсток/исток,можетсущественно снизить надежность ячейки памяти на основе хранения заряда ипривести к образованию канала утечки или замыканию контактов (поликремния,N+ или Р+ областей).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
