Диссертация (1091051), страница 2
Текст из файла (страница 2)
1384.3 Исследование электрофизических параметров некорректнофункционирующих ячеек энергонезависимой памяти ........................................ 1424.3.1 Исследование эффектов избыточного накопления основных/неосновныхносителей заряда в ячейках энергонезависимой памяти на основе анализавысокочастотныххарактеристик.............................................................. 1424.3.2 Исследование поверхностного потенциала элементов храненияэнергонезависимой памяти при разном уровне накопленного заряда наплавающем затворе ............................................................................................... 1464.3.3 Исследование влияния количества циклов перепрограммирования наобласть накопления заряда в плавающем затворе на основе детектированиясигнала, пропорционального дифференциальной емкости ..............................
1494.4 Локализация дефектов контактных областей ячеек памяти методомотображения сопротивления растекания ............................................................... 1514.5 Определение разрешающей способности метода КСЕМ .............................. 1544.6 Выводы по главе................................................................................................. 157ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 159СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ................................................. 161СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ: ......................................................
1646ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации. Запоминающие устройства (ЗУ)являются наиболее активно развивающимся сегментом рынка микроэлектроники.Компактность, высокая интегрируемость и низкое энергопотребление делаютполупроводниковые ЗУ практически незаменимым решением для храненияданных во всех современных высокотехнологичных изделиях. Объём иархитектурапамяти,электрофизическиепараметрыэлементовхранения,обусловленные их конструктивными и технологическими особенностями, вомногом определяют функциональные характеристики изделия электроннойтехники в целом.К настоящему времени созданы десятки типов памяти с различнымипринципами функционирования. Многие компании разрабатывают собственныеэлементы хранения памяти исходя из требований к энергопотреблению,топологическим нормам и функциональным возможностям изделия.
Длядостижения наилучшей интеграции массива памяти в устройство производителиразрабатывают архитектуру построения, выбирают механизм записи/стиранияячеек памяти.Ячейка flash-памяти хранит данные в виде заряда на плавающем затворе.Логическое состояние ячейки памяти определяется значением тока протекающегоот истока к стоку. В свою очередь ток стока зависит от порогового напряженияуправляющегозатвора,котороеявляетсяаналоговойфункциейзаряда,сохраняемого на плавающем затворе. Аналоговые характеристики преобразуютсяв периферийных цепях.
Утечка или переизбыток электронов на плавающемзатворе может привести к потере данных. Ни один другой элемент интегральноймикросхемы (ИМС) так не чувствителен к низким уровням диэлектрическойутечки (менее 10-23А).На степень надежности ячейки памяти оказывают влияние дефектыразличного рода. Каждый из дефектов вносит свой вклад в деградационныепроцессы, протекающие в ячейке памяти, что в итоге приводит к изменениямвыходных электрофизических характеристик элемента хранения.7Ячейкапамятивовремяэксплуатацииподвергаетсявоздействиюэлектрических полей, что приводит к усилению деградационных процессов.Особенности условий и режимов эксплуатации, электрические нагрузки ускоряютдеградационные процессы и вызывают генерацию дефектов.
В итоге все этипроцессы могут привести к некорректной работе и даже к отказу ИМС, что можетстать критическим фактором при функционировании отдельных военных,навигационных, космических и других важных для государства систем.На надежность постоянных ЗУ (ПЗУ) с субмикронной топологией влияниеоказывают скрытые электрофизические явления, протекающие в ячейках памятиво время эксплуатации. Определение физических механизмов, приводящих котказу ПЗУ, выходит на первый план в процессе увеличения выхода годныхизделий и улучшения показателей надежности функционирования элементовМиниатюризацияflash-памяти.ячеекпамяти,уменьшениеколичестваразмещенного на плавающем затворе заряда и другие факторы требуютприменения в технологии анализа отказов методов диагностики, возможностикоторых, позволяют оценить поверхностный потенциал, вольт-фарадные и вольтамперныехарактеристикизаданнойобластиинтересастребуемойчувствительностью и пространственным разрешением.Для повышения качества производства элементов памяти (выход годных),улучшенияихэксплуатационныххарактеристик,стимулированияновыхразработок в сфере устройств хранения данных необходимо развитие методовдиагностикиэлектрофизическихпараметровэлементовхраненияэнергонезависимой памяти на протяжении их жизненного цикла, позволяющихопределять дефекты и исследовать особенности протекания деградационныхпроцессов в ячейках памяти ИМС.Цельработы:развитьметодыисследованияэлектрофизическихпараметров МДП-структур с субмикронным разрешением для локализации идиагностики дефектов в элементах хранения энергонезависимой памяти.8Указанная цель достигается решением в работе следующих задач:1.
Провести анализ элементной базы запоминающих устройств ИМС;2. Провестианализпричинвозникновенияотказоввэлементахэнергонезависимой памяти;3. Дать оценку возможности применения существующих методов СЗМ вдиагностикеэлектрофизическихпараметровэлементовхраненияэнергонезависимой памяти;4. Исследовать методом контактной сканирующей емкостной микроскопиивысокочастотные вольт-фарадные характеристики МДП структур;5.
Провести исследования поверхностного потенциала МДП-структурметодом зонда Кельвина;6. Разработать механизм комплексной диагностики дефектов элементовхранения энергонезависимой памяти на основе методов СЗМ.Обоснованностьподтверждаютсяидостоверностьпроведеннымиполученныхэкспериментальнымирезультатовисследованиями,согласованностью их результатов с теоретическими данными и отсутствиеммежду ними противоречий.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Впервые проведены комплексные исследования электрофизическихпараметров ячеек энергонезависимой памяти методами СЗМ.2. Наосновеисследованийустановленныхсоответствиймеждувысокочастотными вольт-фарадными и вольт-амперными характеристиками,уровнем поверхностного потенциала и зарядом на плавающем затворе ячеекпамяти показана возможность диагностики возникающих в них дефектов.3.
УстановленачувствительностьМЗКпоуровнюдетектируемогоповерхностного потенциала.4. Показана возможность повышения чувствительности методики КСЕМпосредством проведения модификации зондов кантилеверов.Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяютиспользовать их для диагностики дефектов элементов памяти, что способствует,9как оптимизации ее эксплуатационных характеристик, так и увеличениюпроцента выхода годных кристаллов при производстве современных ИМС свнутренней памятью.1. Предложен способ локализации дефектов контактных областей ячеекпамяти методом отображения сопротивления растекания.2. На основе методики контактной сканирующей емкостной микроскопииразработан способ диагностики дефектов ячеек памяти.3.
Предложен способ исследования деградационных процессов в ячейкахпамяти на протяжении их жизненного цикла.На защиту выносятся следующие научные положения:1. Показана возможность диагностики эффектов накопления избыточныхосновных/неосновных носителей заряда в дефектных элементах храненияэнергонезависимой памяти.2. Наосновеанализараспределениясигнала,пропорциональногодифференциальной емкости, показана возможность диагностики элементовхранения энергонезависимой памяти, подверженных деградационным процессам,с латеральным разрешением 200 нм, разрешением по уровню заряда -1,6*10-16 Кл.3.
Впервые проведены исследования влияния толщины полупроводника вструктуре образца, радиуса кривизны и электрических свойств зонда кантилеверана чувствительность метода КСЕМ.Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 6 работах изперечня ВАК.АпробацияМеждународнойработы.КрымскойтелекоммуникационныеконференцииРезультатытехнологии»,«Фундаментальныеработыдокладывалиськонференциина25-ой«СВЧ-техникаиМеждународнойнаучно-техническойпроблемырадиоэлектронногоприборостроения» в 2013 и 2015 годах.Личный вклад автора.
Автору принадлежат основные идеи, положенные воснову работы.10Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, список используемых сокращений и списка литературы. Объемработы составляет 179 страниц, включая 121 рисунков и 14 таблиц. Списокцитируемой литературы включает 177 наименования.11ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗАЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВОбъем рынка высокотехнологичной продукции неуклонно растет, требуя отполупроводниковых устройств больших объемов хранилищ данных и улучшенияих эксплуатационных характеристик. Индустрия полупроводниковых изделийвсего мира: крупные предприятия, государственные учреждения, небольшиеfabless-фабрики ведут исследования по разработке новых и оптимизации ужесуществующих параметров типов запоминающих устройств.На сегодняшний день произведены десятки миллиардов микросхем памяти.Выпускаемые виды полупроводниковой памяти успешно интегрируются вмикропроцессорные системы, выполненные по самым современным технологиям.Количество различных типов ЗУ уже давно не поддается подсчету.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
