Диссертация (1091051), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Продолжающаяся миниатюризация и высокоплотнаякомпоновка элементной базы ЗУ пропорционально снижает и размеры дефектов.Большинство дефектов в настоящее время невозможно выявить имеющимисясредствами диагностики (например, дефекты кристаллической решетки). Каналутечки может образоваться в областях пробоя оксида, плохого контактамежслойного соединения с областями стока и истока, замыкания подзатворногооксида с областями истока и стока или в области слаболегированного стока(Lightly Doped Drain -LDD) (Рисунок 2.14) [106].79Рисунок 2.14 – Канал утечки через дефект оксида [114]Определить наличие скрытых дефектов возможно при помощи эмиссионнойи атомно-силовой микроскопии.
Каналы утечки могут быть определеныпосредствомдетектированияЕстественно,такиерастеканияизмерениятребуютзарядавдефектныхобластях.высокочувствительныхприборовспособных измерить пико-амперные характеристики токов утечки.Вольт-амперная характеристика (Рисунок 2.15) демонстрирует раннийпробой перехода в области отрицательного смещения напряжения, что можетбыть связанно с замыканием затвора с областями сток/истока.Рисунок 2.15 – Канал утечки через межслойное соединение [114]При помощи аналитического оборудования (ФИП, СРЭМ и т.д.), возможнодетектировать такие дефекты как:1. Плохой контакт межслойной металлизации, связанный с образованиямиполых областей из-за нарушения техпроцесса или электромиграции в процессеэксплуатации (Рисунок 2.16).80Рисунок 2.16 – Разрыв контакта с Al металлизацией [108]2.
Обрыв цепи(образование изолирующейпленкив нескольконм)(Рисунок 2.17).Рисунок 2.17 – Разомкнутый контакт межслойного соединения [108]3. Замыканиеполикремневогозатвораскремниевойподложкой(Рисунок 2.18).Рисунок 2.18 – Замыкание поликремневого затвора и подложки [108]812.3.5 Пробой оксидного слояПри продолжительной деградации оксида возможна резкая потеряизолирующих свойств. Пробой происходит в момент, когда накопленныеповреждения превышают критические параметры оксида. (Рисунок 2.19)Накоплениенейтральныхэлектронныхловушекспособствуетформированию кластеров ловушек приводящих в конечном итоге к образованиюканала пробоя (breakdown path) между анодом и катодом.Рисунок 2.19 – Процесс деградации оксида и образования пробояПредполагается, что ловушки заряда генерируются внутри оксида вслучайных участках пространства.
Количество заряда, необходимого для пробоядиэлектрика, рассчитывается по формуле(2.17)где– число циклов записи/стирания до наступления пробоя,– смещение напряжение между состояниями «1» и «0».82Стандартным значением для оксида кремния считается его заряд= 10 C/cm2. [109,117-119].2.3.6 Стресс-индуцированный ток утечкиОдним из важных явлений, возникающих при деградации оксида, являетсягенерируемый в диэлектрике затвора блуждающий ток непрерывно нарастает приинжекции потока частиц и распространяется в области оксида (Рисунок 2.20).Различают две составляющие SILC [120,121]. Первоначально наблюдаетсязатухающая компонента, а спустя некоторое время проявляется устойчивоесостояние тока утечки. Обе компоненты зависят от толщины оксидного слоя.
Втолстом оксиде преобладает затухающая компонента, в то время как в тонкомслое оксида доминирует устойчивое состояние SILC. В энергонезависимойпамяти SILC является основным ограничивающим фактором масштабированиятуннельного оксида. Хранящиеся электроны туннелируют с плавающего затвора,пороговое напряжение ячейки смещается, что с течением времени приводит кпотерезаряда.Существуетпрямаязависимостьувеличенияпостояннойсоставляющей SILC и генерацией нейтральных ловушек заряда [120].
Устойчиваякомпонента SILC объясняется туннелированием основных носителей от катода каноду,сопровождаемымудержаниемзаряда(Trap-assistedtunneling).Непосредственно после воздействия напряжения ловушки заряда в областиграниц раздела служат причиной появления затухающей составляющей SILC.Плотность нейтральных ловушек заряда является одним из критическихпоказателей пробоя оксида [122].
Таким образом, ток утечки можно представитькак усредненную характеристику дефектов оксида.Ток утечки зависит от смещения порогового напряжения и вычисляется поформуле:,где– ток утечки,и плавающим затворами,затворе.(2.18)– емкость области ONO между управляющим– пороговое напряжение на управляющем83Пороговое напряжение определяется зарядом на плавающем затворе (зарядом захваченным ловушками в оксиде ()и), который состоит из захваченныхловушками электронов и/или дырок.
Заряд на плавающем затворе изменяется попричине инжекции электронов из инверсионного слоя в плавающий затворпропускающих ток утечки.изменяется вследствие захвата и генерации изловушек носителей заряда в туннельном оксиде.По этой причине SILC определяется двумя показателями. Для () этотпоказатель называется устойчивой компонентой (steady - state leakage current), адля () – затухающей компонентой тока утечки (decay leakage current).Следовательно, SILC выражается:,где– емкость туннельного оксида,(2.19)– емкость области ONO междууправляющим и плавающим затворами.Экспоненциальнаязависимостьтокачерезоксидприоперацияхзаписи/стирания является причиной серьезных проблем при управлении этимипроцессами.
Флуктуации толщины оксида ячейки памяти приводят к локальнымнеоднородностямнапряженностиполя,вызывающимпоявление«перегруженных» участков. Циклические нагрузки на оксид на таких участкахвызывают ускорение процессов его деградации – нарушение атомарнойструктуры и сопротивления. Увеличивается рост дефектов кристаллическойрешетки оксида (дислокация и разрывы связей Si-O). При повышениитемпературы из-за локальных перегревов в областях повышенного токаускоряется диффузия ионов, приводящая к образованию ловушек заряда.Совокупность таких дефектов провоцирует появление токов утечки и снижаетнадежность ячейки памяти.84Рисунок 2.20 – Стресс-индуцированный ток утечки [123]2.3.7 Эффект избыточного удаленияОбширное рассеивание напряжения смещения после стирания является однойиз главных проблем flash-памяти высокой плотности.
Явление неустойчивогостирания (Erratic erase) возникает, когда некоторое количество случайных бит,находятся под воздействием эффекта избыточного удаления (Overerase). Данноеявление обуславливается захватом дырок в оксиде вызванное высокимтуннельным током и способно усилить туннелирование за счет расположенных воксиде ловушек дырок.
Смещение положительного порогового напряжениястирания в сторону нуля (а при продолжительном процессе пороговоенапряжение может стать равным 0 или принять отрицательное значение) и естьэффект избыточного удаления. Транзистор переходит из режима обогащения врежим обеднения, что приводит к ошибкам при чтении flash-памяти. Наличиеизбыточного количества дырок в оксиде способствует образованию каналапроводимости в области исток/сток вне зависимости от напряжения науправляющем затворе. Данная проблематика характерна для ячеек памяти стуннельным механизмом стирания [124].Для примера представлен эффект избыточного удаления одной ячейки памяти(400-й цикл перезаписи) (Рисунок 2.21) [109].85Рисунок 2.21 – Изменение напряжения одной ячейки памяти в течение1000 циклов перезаписиК примеру, из-за отсутствия транзистора выбора в массиве с архитектуройNOR, ячейка, находящаяся под воздействием эффекта избыточного удаленияявляется причиной возникновения тока утечки в процессе чтения.
Соответственновся информация, хранящаяся в ячейках памяти в данном столбце, будет неверноинтерпретирована в периферийной схеме (Рисунок 2.22) [117,125].Рисунок 2.22 – Влияние эффекта избыточного удаления на одной ячейке на всюбитовую линию2.4 Электрофизические механизмы отказов ячеек памятиВ анализе отказов современных ИМС с субмикронной топологией и вчастности элементной компонентной базы ПЗУ на основе хранения заряда86фундаментальноезначениеимеетвыявлениеэлектрофизическихявленийспровоцировавших тот или иной сбой.
Существует несколько видов механизмовотказов ПЗУ (Рисунок 2.23).Механизмы отказовFailure mechanismЛовушка зарядав подложкеBulk trapsПостоянноезначение зарядана затвореFixed chargeМежфазныеловушкиInterface trapsМежзонноетуннелированиеBand-to-bandtunnelingРастекание иувеличениезарядаCharge - loss/gain mechanismsТуннелированиес захватомзарядаTrap-assistedtunnelingРисунок 2.23 – Виды отказов flash-памятиНосители заряда могут быть помещены на плавающий затвор надэнергетическим барьером (горячая инжекция заряда) и через энергетическийбарьер (туннелирование). Туннелирование создает высокое электрическое поле вдиэлектрике, вызывая, тем самым, деградацию оксида. В результате действиястресс-индуцированного тока утечки образуются ловушки заряда. Горячаяинжекция заряда пагубно сказывается на диэлектрике (захват заряда) снижаяскоростьзаписи.Недостаткамигорячейинжекцииявляетсявозможноеповреждение изолирующих материалов горячими носителями заряда, что можетпривести к фиксированному значению заряда на плавающем затворе, межфазнымловушкам и ловушкам заряда в подложке.Электроны, образовавшиеся в процессе ударной ионизации, скапливаются вобласти стока либо инжектируются в оксид.
Дырки, образовавшиеся в результатеэтого процесса, приводят к появлению тока в подложке. При наличии малогонапряжения смещения на затворе прекращается рост побочного электрическогополя, но при этом образовавшиеся дырки могут инжектироваться в оксид. Такаяинжекция горячих дырок в процессе перезаписи ячеек памяти приводит кдеградации оксида и снижению порогового напряжения [109,117,124,126,127].872.4.1 Эффекты избыточного накопления основных/неосновных носителейзаряда в ячейках памяти на основе хранения зарядаПороговое значение напряжения flash-памяти зависит от количества зарядахранящегося на плавающем затворе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
