Диссертация (1091051), страница 18
Текст из файла (страница 18)
На рисунке 3.26(б) этот же дефект128(а)(б)Рисунок 3.26 Визуализация дефекта межуровневых контактов [167](а) – методом отображения сопротивления растекания(б) – методом растровой электронной микроскопииМетодотображениясопротивлениярастеканиядаетвозможностьисследовать полупроводниковые структуры на предмет обнаружения в нихобластей с различной проводимостью.На кремниевой пластине, с имплантированными областями диоксидакремния, проведены измерения тока зонд-образец (Рисунок 3.27) и построенпрофиль этого тока на участке с двумя областями диоксида кремния(Рисунок 3.28).диоксидкремниякремнийРисунок 3.27 – СЗМ изображение распределения тока зонд-образец129Рисунок 3.28 – Профиль распределения тока зонд-образецНа основе полученных данных о локальных диэлектрических свойствахисследуемойкремниевойпластиныможнооценитьвозможностьееиспользования при производстве интегральных микросхем.Исследованиепрактическогопримененияметодаотображениясопротивление растекания показали, что возможности метода позволяютлокализовать и проанализировать некоторые дефекты ИМС, а так же проводитьисследованияматериалов,вобластиприменяемыханализаприэлектрофизическихпроизводствесвойствсовременнойразличныхэлектроннойкомпонентной базы.3.5 Выводы по главеМетодики СЗМ широко применяются в различных научных исследованиях.СЗМ имеет ряд преимуществ перед другими методами аналитическогоисследования поверхности: возможность реализации исследований различныхсвойств исследуемой поверхности на одном приборе и возможность проведениеизмерений «на воздухе».Такие методики СЗМ как КСЕМ, МЗК и метод отображения сопротивлениярастеканиянашлиширокоеприменениеэлектрофизических параметров МДП-структур.висследованииразличных130Анализэкспериментальныхвысокочастотныхвольт-фарадныххарактеристик, полученных методикой КСЕМ, позволяет определить тип истепень легирования МДП-структур, а так же определить знак заряда,захваченного на границе диэлектрик-полупроводник.
На качество результатовизмерений, полученных методикой КСЕМ, оказывают влияние такие параметрыкак радиус и материал проводящего покрытия зонда кантилевера.На уровень поверхностного потенциала МДП-структур оказывает влияниезаряд, захваченный на границе диэлектрик-полупроводник. МЗК позволяетдетектировать изменение значения потенциала на поверхности исследуемогообразца, если оно превышает 16 мВ, что подтверждается экспериментальнымиисследованиями.Измерениепозволяеттокаисследоватьзонд-образец,методомсопротивленияпроводящиесвойстваразличныхрастекания,материаловилокализовать нарушение целостности цепи.Таким образом, обобщив результаты исследований о присущих ячейкампамяти отказах и возможностях СЗМ можно сделать вывод, что применяяметодику КСЕМ и МЗК можно оценить поведение заряда на ПЗ ячеек памяти, априменяя метод отображения сопротивления растекания определить возможныедефекты контактных областей элементов памяти.131ГЛАВА 4.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ХРАНЕНИЯЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ МЕТОДАМИ СЗМВ настоящей главе проведены исследования по диагностике элементовхранения ЭНП на предмет отказов различного рода с использованием методаКСЕМ, метода зонда Кельвина и метода отображения сопротивления растекания.4.1 Моделирование ячеек энергонезависимой памятидвухтранзисторного типа и ячеек с расщепленным затвором4.1.1 Возможности применения САПР TCAD для исследованияэлектрофизических параметров элементов хранения энергонезависимойпамятиВ основе функционирования энергонезависимой памяти на основе хранениязаряда лежат различные физические явления.
Нарушение их корректногопротекания, в ходе работы ячейки, приводит к выходу ее из строя.Для повышения процента выхода годных ИМС необходимо предупреждатьвозможность появления разного рода дефектов ЭНП. Существует два путирешения данной проблемы либо перед выпуском основной партии наладитьмелкосерийное производство и проводить тесты партии на надежность, либопостроить модель, с возможностью воспроизводить тот или иной дефект. Выпускдополнительных партий ИМС для тестирования, влечет за собой дополнительныефинансовые затраты, что может привести к низкой рентабельности производства.МоделированиепроцессовотказаэлементовЭНПпозволяетизбежатьдополнительных расходов и позволяет в полной мере проводить исследованиемеханизмов и причин отказа ячеек памяти [168,169].Природа дефектов ЭНП описывается дифференциальными уравнениями вчастных производных различного уровня сложности.
Граничные условия икоэффициенты уравнений (скорость рекомбинации носителей, подвижность,характеристики материалов и т.д.) зависят от параметров структуры и физики132процессов воздействия на нее. Модель протекания процессов такого рода можнопостроить с использованием САПР Synopsys ISE TCAD.Среда Synopsys ISE TCAD представляет собой программный продукт,позволяющий моделировать полупроводниковые приборы, учитывая при этомтехнологии изготовления, геометрию прибора и физические явления, лежащие воснове его работы.
В результате моделирования можно получить динамические истатическиепараметрыхарактеристикиприбора,функционированияастакжецельюопределитьоптимальныеполучениянаилучшиххарактеристик [170].TCADиспользуютдлямоделированияширокогонабораполупроводниковых устройств, включая наноразмерные КМОП транзисторы,вертикальные полевые транзисторы, ячейки flash-памяти, силовые транзисторы,гетеротранзисторы,транзисторысвысокойподвижностьюэлектронов,высокочастотные транзисторы, светоизлучающие диоды, лазеры.
ВозможностиSynopsys ISE TCAD позволяют моделировать элементы на основе кремния,кремний-германия,карбидакремния,арсенидагаллияидругихполупроводниковых соединений [171].В процессе моделирования в САПР TCAD используются различныефизические модели и уравнения.Транспортные уравнения.Существует четыре режима моделирования, зависимых от структуры итребуемой точности модели [172]:1.Диффузионный режим. Позволяет построить изотермическую модельс использованием основных уравнений для полупроводниковых структур.2.Термодинамическийрежим.Позволяетучитыватьсобственныетемпературные процессы, протекающие в моделируемом устройстве.3.Гидродинамический режим. Позволяет учитывать перенос энергииосновными носителями.4.Режим Монте-Карло.133Уравнения Пуассона и уравнения непрерывностиДляпереносаносителейзарядавполупроводниковыхприборахиспользуются 3 основных уравнения:1.
Уравнение Пуассона,где–электрона,электрическаяпроницаемость,–элементарный– плотность дырок и электронов,ионизированных доноров и акцепторов,(4.1)заряд– концентрация– плотность заряда, которой можнопренебречь.2. Уравнения непрерывности для электронов и дырок.Уравнение непрерывности для электронов имеет вид:,(4.2),(4.3)для дырок:где,– скорость электронно-дырочной рекомбинации в решетке,и– плотность тока электронов и дырок.Диффузионная модель.Такой тип модели описывает перенос носителей в полупроводниках.Описание модели осуществляется на основе уравнения Пуассона и уравненийнепрерывности. При этом уравнения непрерывности для электронов и дырокимеют вид:,(4.4),где,–подвижность(4.5)электроновидырок,– квазипотенциалы Ферми для электронов и дырок.САПР TCAD в совокупности с физическими явлениями, протекающими вполупроводниковых приборах, в частности в ячейках ЭНП, учитывает ихгеометрические параметры и материалы, применяемые при производстве.134Таким образом, САПР TCAD позволяет сформировать достаточно точнуюмодель как различных режимов функционирования ячеек ЭНП, так ипромоделироватьразличныефизическиепроцессы,способствующиевозникновению дефектов в ячейках.4.1.2 Структура и особенности функционирования ячеек памятидвухтранзисторного типа и ячеек с расщепленным затворомВ современных ИМС с интегрированной энергонезависимой памятью наоснове хранения заряда в качестве элемента хранения применяют различные типыячеек.
Для исследования возможных отказов предложено рассмотреть ячейкипамяти двух типов: двухтранзисторные и с расщепленным затвором (Split gate).Ячейка памяти двухтранзисторного типаОсновным отличаем двухтранзисторной ячейки памяти, является наличие вееструктуреобычногоМДП-транзистора,используемогодляизоляциитранзистора с плавающим затвором от битовой линии.Структура ячейки памяти двухтранзисторного типа (Рисунок 4.1) включаеткак транзистор с плавающим затвором, так и транзистор выбора.Рисунок 4.1 – Структура ячейки памяти двухтранзисторного типа [173]135Основным преимуществом ячеек такого типа является способностьпреодоления эффекта избыточного удаления, способного блокировать работу всехячеек подключенных к общей битовой линии.В двухтранзисторной ячейке памяти транзистор с плавающим затворомвыполнен следующим образом.
Между каналом транзистора и управляющимзатвором расположен плавающий затвор. Плавающий затвор выполнен изполикремния. Между управляющим и плавающим затвором расположенподзатворный диэлектрик. Толщина подзатворного диэлектрика составляетприблизительно 150 Å, он, как правило, имеет трехслойную структуруSiO2-Si3N4-SiO2. Область между плавающим затвором и подложкой заполненадиэлектрическим материалом – туннельным оксидом. Его толщина находится впределах 80-100 Å. Между собой ячейки памяти разделены тонким изолирующимканалом.В процессе программирования в ячейках такого типа применяется механизминжекции горячих электронов со стороны истока. При стирании применяетсямеханизм туннелирования Фаулера-Нордгейма.Ячейка памяти типа с расщепленным затворомОсобенностиипринципыфункционированияячейкипамятисрасщепленным затвором рассмотрены на примете ячейки SuperFlash 1-гопоколения компании Silicon Storage Technology.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
