Диссертация (1091051), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Структура ячейки памяти срасщепленным затвором значительно отличается от ячейки двухтранзисторноготипа.Область стока сформирована в карманетипа, находится на одной линиис границей управляющего поликремневого затвора. Область истока такжесформирована в карманезатворов (Рисунок 4.2).типа и располагается под областями плавающих136Рисунок 4.2 – Структура ячеек памяти SuperFlash 1-го поколения [174]Управляющий затвор отделен от канала и от боковой стенки плавающегозатвора одним и тем же типом диэлектрика. Толщина оксида составляет 25 и15 нм для ячеек, выполненных по техпроцессам 0.35 и 0.18 мкм соответственно.От области стока и от канала плавающий затвор отделен туннельным оксидом столщиной 8-9 нм.Программирование ячеек памяти с расщепленным затвором осуществляетсяметодом горячей инжекции электронов из области истока.
Применение данногометода значительно уменьшает время программирования ячеек памяти.4.1.3 Построение моделей ячеек памяти двухтранзисторного типа и ячеекс расщепленным затвором в САПР TCADПроведенный анализ СПАР TCAD показал, возможность построениямодели механизмов, протекающих в ячейках энергонезависимой памяти, наоснове данных о структуре, геометрических параметрах и материалах,используемых в составе ячеек.Методом фокусированного ионного травления получены поперечныесечения ячеек двухтранзисторного типа и ячеек с расщепленным затвором ипроведеныизмерениягеометрическихчастей (Рисунок 4.3(а), 4.4(а)).размероввсехихсоставных137а)б)Рисунок 4.3 – Поперечное сечение ячейки памятидвухтранзисторного типаа)б)Рисунок 4.4 – Поперечное сечение ячейки памяти с расщепленным затворомНа основе полученных данных о геометрических параметрах ячеек памяти,в модуле MDRAW нарисована их структура (Рисунок 4.3(б), 4.4(б)).
Описанораспределение примесей в областях стока и истока, заданы дополнительныепараметры сетки для дальнейшего проведения численного анализа.На основе модели предложено исследовать такие характеристики ячеекЭНПкаквысокочастотныехарактеристики,вольт-амперныехарактеристики и распределение поверхностного потенциала в различныхобластях структуры.Для проведения численного физико-топологического моделирования вСАПР TCAD создается командный файл в компоненте DESISS. Командный файл138содержит в себе информацию об электрических контактах и уровнях начальногонапряжения на них, указываются физические явления, учитываемые примоделировании (глубина легирования, рекомбинация и подвижность основныхносителей заряда, ширина запрещенной зоны и т.д.). Также здесь указываются тефизические величины, которые будут измеряться в процессе численногомоделирования.Для численных вычислений в командном файле указываются команды длячисленного расчета. При построении модели ячеек использованы следующиекоманды.
Командой «Poisson» решается уравнение Пуассона, командой «Coupled»решается система уравнений, состоящая из уравнений Пуассона и уравненийнепрерывности для электронов и для дырок, команда «QuasiStationary» позволяетзапустить цикл, где изменяется напряжение на указанном электроде с выбраннымшагом (для расчета ВАХ иизменяется напряжение на управляющемзатворе), при этом на каждом шаге решается, аналогичная предыдущей, системауравнений.Такимобразом,врезультатемоделированиябылиполученыхарактеристики, вольт-амперные характеристики ячеек энергонезависимойпамяти при различном уровне заряда на плавающем затворе.
Построена модельизмерения поверхностного потенциала при различном уровне заряда на ПЗ вотсутствии напряжения на управляющем затворе. Такая модель достаточно точносопоставима с измерения поверхностного потенциала методом зонда Кельвина.Все исходные параметры подобраны таким образом, что они позволяютпромоделировать работу ячеек, как в нормальном состоянии, так и в режимах,когда ячейки памяти подвержены различным эффектам, способным вызватьнарушение режима функционирования.4.2 Определение соответствия СЗМ и С РЭМ изображенийструктуры исследуемых ячеек энергонезависимой памятиИзображения, получаемые методами СЗМ, включают в себя информацию,как о топологии образца, так и информацию об измеряемых электрофизических139параметрахисследуемойструктуры.ОсобенностьюполучаемыхСЗМизображений является то, что их получения происходит со стороны кремниевойподложки.Длякорректнойхарактеризующихинтерпретациисведенияобполученныхэлектрофизическихизображений,параметрахобразца,необходимо их однозначно сопоставить с изображениями топологии образца.Рассмотрим СРЭМ изображение структуры организации энергонезависимойпамяти с элементами хранения двухтранзисторного типа и с расщепленнымзатвором (Рисунок 4.5 (1,2)).
Изображения получены методом реактивногоионного травления со стороны топологии кристалла. В этом случае можнополучить полную информацию обо всех элементах структуры ЭНП.Контакт к общемуистокуОбщий управляющийзатворПлавающий затвора)Контакт к общемуистокуОбщий управляющийзатворПлавающий затворб)Рисунок 4.5 – Структура ЭНП со стороны топологии кристаллаа) – ячейка с расщепленным затворомб) – двухтранзистораня ячейкаИзучив изображения, полученные со стороны подложки, однозначноопределенывсе(Рисунок 4.6 (1,2)).элементыЭНПпритакомрасположенииобразца140Область плавающегозатвораТранзистор выбораКонтакт к общемуистокуОбщий управляющийзатвора)Область плавающегозатвораКонтакт к общемуистокуОбщий управляющийзатворб)Рисунок 4.6 – СЭМ изображения топологии кристаллов а) – ячейкадвухтранзисторного типа, б) – ячейка с расщепленным затворомСЗМ изображения топологии, аналогичных участков энергонезависимойпамяти (Рисунок 4.7 (1)) со стороны подложки достаточно схожи с СРЭМизображениями, однако, изображения распределения сигналови141не позволяют однозначно локализовать те или иные участкиструктуры энергонезависимой памяти.STIКонтакт к общемуистокуОбласть ПЗ,выступающая за УЗПлавающий затвора)в)б)Рисунок 4.7 – СЗМ изображения кристалла ИМС с ячейкой памятидвухтранзисторного типа, а) – СЗМ изображение рельефа поверхности,б) – изображение распределения сигнала,в) - изображение распределения сигналаПутем точного сопоставления СЗМ изображений топологии и СЗМизображенийраспределениясигналов(Рисунок 4.7(3))и142(Рисунок 4.7 (2)), определены основные элементы, входящие вструктуру ячеек энергонезависимой памяти.Такимобразом,глубокийанализструктурыисследуемойэнергонезависимой памяти позволил корректно интерпретировать информацию,содержащуюся в СЗМ изображениях.
Также в результате исследований былоустановлено, что при измерении сигналаразличие между ячейкамис разным уровнем заряда видны на всей области ПЗ, а при детектированиисигнала– только отдельного участка ПЗ, расположенного запределами управляющего затвора.4.3 Исследование электрофизических параметров некорр ектнофункционирующих ячеек энергонезависимой памяти4.3.1 Исследование эффектов избыточного накопленияосновных/неосновных носителей заряда в ячейках энергонезависимой памяти наоснове анализа высокочастотныххарактеристикХранимый ячейкой памяти заряд может стекать из плавающего затворачерез туннельный оксид и подзатворный диэлектрик вследствие различного родадефектов.Неконтролируемое изменение заряда на плавающем затворе в большую илименьшую сторону может стать причиной изменения уровня пороговогонапряжения транзистора и привести к ошибкам интерпретации хранимойинформации.
Неконтролируемое изменение заряда на плавающем затвореэнергонезависимой памяти связано с эффектом избыточного накопленияосновных/неосновных носителей заряда в ячейках (эффекты charge-loss иcharge-gain).Эффект избыточного накопления основных/неосновных носителей заряда вячейках памяти могут быть спровоцированы различными причинами [175]:1.Собственное изменение заряда.2.Изменение заряда через дефекты оксида.3.Изменение заряда через нежелательную примесь.1434.Изменение заряда через слой Оксид-Нитрид-Оксид.5.Изменение заряда путем генерации из ловушек.6.Потеря заряда вследствие циклически индуцированного разрушениядиэлектрика.Широкийнакопленияпереченьпричиносновных/неосновныхсвидетельствуетовысокойвозникновенияносителейчастотеихэффектазарядаввстречаемости.избыточногоячейкахТакимпамятиобразом,локализация и последующий анализ причин возникновения этих явлений вэлементах хранения ЭНП существенно повысит процент выхода годных ИМС синтегрированной памятью.Для ячейки памяти двухтранзисторного типа, на основе модели, рассчитанывольт-амперные(Рисунок 4.8)характеристикиипривысокочастотныеразличных(Рисунок 4.9)уровняхзаряда( =0; –0.7*10-14, –1.4*10-14, –2.8*10-14 Кл) на ПЗ.
Для ячеек двухтранзисторноготипа, произведенных по технологическому процессу 0.5 мкм в процессепрограммирования,видеальномслучае,вПЗпомещаетсязаряд≈ –1.4*10-14Кл. Таким образом, уровень заряда = –0.7*10-14и = –2.8*10-14 Кл наПЗ показывает, что ячейка памяти подвержена эффектам избыточного накопленияосновных/неосновных носителей заряда.Анализ данных, полученных при расчете, показал одинаковое направлениевектора смещения ВАХ икривых по оси напряжения.
Таким образом, наоснове высокочастотныххарактеристик, можно оценить изменениепорогового напряжения ячейки при различных уровнях заряда на ПЗ.144Рисунок 4.8 – Расчетные вольт-амперные характеристики ячеек памятидвухтранзисторного типаРисунок 4.9 – Расчетные высокочастотныепамяти двухтранзисторного типахарактеристики ячеек145Методом КСЕМ были получены высокочастотныекривые для 4 ячеек памяти, 2 из которых считывались некорректно (Рисунок 4.10).
Рисунок 4.10 – Экспериментальные высокочастотныекривыеСравнительный анализ расчетных (Рисунок 4.9) и экспериментальных(Рисунок 4.10)Экспериментальныехарактеристикпоказалсхожестьихповедения.зависимости для ячеек 3 и 4 (информация, хранимая вячейках, интерпретируется некорректно) смещены соответственно влево и вправоот кривой 1 (ячейка записана, функционирует корректно). Это свидетельствует: опониженном (для 3 ячейки) и повышенном (для 4 ячейки) уровне заряда на ПЗ, обизменении уровня порогового напряжения транзистора, и как следствие,нарушение корректной интерпретации хранимой в ячейках информации,146вызванное эффектами избыточного накопления основных/неосновных носителейзаряда.С целью подтверждения достоверности полученных результатов измеренийдля корректно функционирующей ячейки памяти в записанном состоянии 100 разпостроены экспериментальныехарактеристики.
При этом определенызначения величины сигналапри одном и том же значениидля всех полученныхсигналахарактеристик. Погрешность измеренийсоставила 5 у.е., это позволяет считать, что полученныерезультаты для некорректно функционирующих ячеек памяти не выходят зарамки допустимой погрешности измерений.Таким образом, исследование высокочастотныххарактеристик,полученных методом КСЕМ, ячеек энергонезависимой памяти позволяетдиагностироватьявлениянакопленияизбыточныхосновных/неосновныхносителей заряда в дефектных элементах хранения.Предложеннаятехнологиядиагностики,позволяетопределятьтипнеисправности в ячейках. Для анализа причин спровоцировавших явленияизбыточного накопления основных/неосновных носителей заряда необходимопроведение более глубоких исследований, с применением различных методиканализа отказа ячеек ЭНП.4.3.2 Исследование поверхностного потенциала элементов храненияэнергонезависимой памяти при разном уровне накопленного заряда на плавающемзатвореНа основе модели ячейки ЭНП двухтранзисторного типа проведенырасчеты распределения поверхностного потенциала под областью ПЗ ЭНП приотсутствии напряжения на управляющем затворе и 2 уровнях заряда в ПЗ(Рисунок 4.11).147Рисунок 4.11 – Распределение поверхностного потенциала под областью ПЗ приразличном уровне заряда в ЭХПроведя исследование результатов моделирования установлено, чторазность уровня поверхностного потенциала для ячейки с зарядомзарядом≈0 Кл и с≈ –1.4*10-14 Кл составила 100 мВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
