Диссертация (1091051), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Эмпирически установлено, чточувствительность МЗК составляет 16 мВ, следовательно, метод позволитотличить значение поверхностного потенциала для ячеек с различным уровнемхранимого числа электронов в области плавающего затвора.Исследование приповерхностного состояния области ПЗ ЭНП методомзонда Кельвина проведено на образце, подготовленном с применениемтехнологии химико-механической планаризации и жидкостного травлениякремния [176] в 80% растворе тетраметил гидроксид аммония в пропаноле(Рисунок 4.12).Рисунок 4.12 – Кросс секция образца для измерений МЗК148Методом зонда Кельвина получен профиль распределения величиныповерхностного потенциала двух ячеек ЭНП с заведомо различными, уровнямизаряда на плавающем затворе (Рисунок 4.13).Рисунок 4.13 – Профиль распределения поверхностного потенциала висследуемой областиНаосновеэкспериментальнополученныхданных(Рисунок 4.13)установлено, что разница в величине поверхностного потенциала ячеек с зарядом≈ –1.4*10-14 Кл и≈0 Кл составила 60 мВ.
Расхождение эмпирических ирасчетных результатов может быть обусловлено проведением измерений навоздухе. Значения величин поверхностного потенциала для ячеек с зарядом≈ –1.4*10-14 Кл и ≈0 Кл составили 300 и 360 мВ соответственно.Обобщая полученные результаты исследования, можно сделать вывод, чтосведения о разнице поверхностного потенциала в области под ПЗ позволяютоценить различие уровня заряда помещенного в ПЗ ячеек памяти. При этомопираясь на знание уровня поверхностного потенциала ячеек в стабильномрабочем состоянии можно провести исследование поверхностного потенциалаячеек подверженных явлениям избыточного накопления основных/неосновныхносителей заряда.Экспериментально(иполученыуровниповерхностногопотенциала) для двух нефункционирующих ячеек памяти. Их величина составила149281 мВ,=322 мВ.
Зная, что уровень поверхностного потенциала дляработоспособной ячейки в записанном состоянии равен 300 мВ, можно сделатьвывод, что вследствие каких либо причин заряд на ПЗ изменился. Этосвидетельствует о подверженности ячеек явлениям избыточного накопленияосновных/неосновных носителей заряда.Таким образом, исследование поверхностного потенциала под областью ПЗметодом зонда Кельвина позволяет диагностировать явления самопроизвольногоизменения уровня заряда на плавающем затворе ЭНП, способствующие выходуэлементов хранения из строя и как следствие неверной интерпретации хранимойинформацию.4.3.3 Исследование влияния количества циклов перепрограммирования наобласть накопления заряда в плавающем затворе на основе детектированиясигнала, пропорционального дифференциальной емкостиМногократное перепрограммирование ячеек энергонезависимой памятиможетпривестикоксид-полупроводник.деградацииДанныедиэлектрикаявленияоказываютиграницвлияниенаразделаобластьнакопленного заряда в ПЗ ЭНП.Методом контактной сканирующей емкостной микроскопии полученопространственноераспределениесигналадляоднократнозапрограммированной ячейки памяти двухтранзисторного типа (Рисунок 4.14).Рисунок 4.14 – Распределение сигналадля однократно запрограммированной ячейки памяти двухтранзисторного типа150Для оценки влияния количества циклов перепрограммирования на областьнакопленного заряда разработано специализированное устройство.
Устройствопозволяет проводить многократное перепрограммирования внутренней памятиИМСодинаковойбитовойпоследовательностью,темсамымподвергаявоздействию одни и теже ячейки памяти. При этом осуществляется контрольколичества циклов перепрограммирования.С использованием разработанного устройства три образца ИМС былиперепрограмированны 50000, 100000 и 200000 раз. При этом после 200000 цикловперепрограммирования образец перестал функционировать.Для определенной ячейки памяти на каждом из образцов полученораспределения сигнала(Рисунок 4.15).Рисунок 4.15 – Распределение сигналадля ячеек памятидвухтранзисторного типа при различном количестве цикловперепрограммированияТакже проведено измерение распределения сигналадляячеек памяти с расщепленным затвором при однократном программировании и151после300000цикловперепрограммирования(ячейкипрекратилифункционировать) (Рисунок 4.16).Анализполученныхрезультатовпоказал,чтомногократноеперепрограммирование ячеек ЭНП приводит к существенному изменениюобласти накопленного заряда в ПЗ.Рисунок 4.16 – Распределение сигналадля ячеек памяти срасщепленным затвором при различном количестве цикловперепрограммированияМногократное перепрограммирование энергонезависимой памяти приводитк усилению деградационных процессов в диэлектриках, к росту числа ловушекзаряда, усилению туннельного тока и к росту постоянной компоненты токаутечки, что в конечном счете приводит к выходу элементов хранения из строя.Исследованиепространственногораспределениясигналапозволяет точно определять границы области накопленного зарядана плавающем затворе и проводить диагностику ячеек, подверженных различныммеханизмам отказов, связанных с усилением деграда свойств материалов.4.4 Локализация дефектов контактных областей ячеек памятиметодом отображения сопротивлени я растеканияДефекты контактных областей сток/исток элементов хранения ЭНПприводят к выходу ячеек из строя за счет формирования канала утечки и152возникновению короткого замыкания между контактами.
Как правило, подобногородадефектывозникаютпринарушениитехнологическогопроцессапроизводства ИМС.Для локализации и диагностики неисправностей такого рода применяетсяряд методик анализа отказов ИМС. К ним относятся: методика пассивного вольтконтраста, OBIRCH, OBIC, проводящая АСМ. В работе рассмотрена возможностьприменения проводящей методики АСМ – метод отображения сопротивлениярастекания,дляисследованиядефектовконтактныхобластейячеекэнергонезависимой памяти.В процессе программирования внутренней памяти ИМС были выявленыячейки, работоспособность которых была нарушена.
Внутренняя памятьинтегральной микросхемы представляет собой массив flash-памяти, элементамихранения которой выступают ячейки с расщепленным затвором.Методом химико-механического полирования кристалл ИМС был утонен дослоя с межуровневыми контактами к областям стока/истока ячеек ЭНП. Знаяструктуру и принцип организации памяти такого рода, определены типыисследуемых контактов (Рисунок 4.17).Контакт к общемуистокуКонтактык стокамКонтакты куправляющему затворуРисунок 4.17 – Структура Исследуемого образцаИспользуя метод отображения сопротивления растекания, проведеноизмерение распределения тока зонд-образец для исследуемой области ИМС(Рисунок 4.18) и построен профиль распределения тока зонд-образец для153выбранного участка (Рисунок 4.19). В процессе сканирования между зондом иобразцом прикладывалось напряжение смещения равное -10 В.
Сканированиеосуществлялось по растру вдоль всей области над исследуемыми контактами.Рисунок 4.18 – Пространственное распределение тока зонд-образец вобласти контактов к стоку транзисторовРезультаты сканирования показали, что в области одного из контактов(выделен желтым) к стоку транзистора распределение тока зонд-образец отличноот тока для других контактов. На основе профиля распределения тока зондобразец (Рисунок 4.19) на выбранном участке определено, что ток в этойконтактной области отсутствует.Ток зонд-образец вобласти стока ЕСТЬIpr, пАТока зонд-образец вобласти стока НЕТl, мкмРисунок 4.19 – Профиль распределения тока зонд-образец154Возникновение подобного рода отказа может быть вызвано дефектамиконтактной области различного рода.
Такого рода явления, как правило,возникают в результате некорректного протекания технологического процессапроизводства ИМС.Проведенные исследования показали, что отсутствие контакта стокатранзистора к области диффузии приводит к тому, что транзистор постояннонаходится в закрытом состоянии. Это приводит к неправильной интерпретации,хранимой в нем информации.Таким образом, метод отображения сопротивления растекания позволяетпровести анализ межуровневых контактов на предмет наличия дефектов.Применения данной методики в процессе производства ИМС позволитзначительно повысить процент выхода годных микросхем.4.5 Определение разрешающей способности метода КСЕМРассмотрим разрешающую способность измерений методом контактнойсканирующей емкостной микроскопии в двух аспектах.Вначале определим латеральное разрешение метода.
При исследованииэлектрофизических параметров ячеек энергонезависимой памяти в качествеобразцов использованы две ИМС. В первом образце внутренняя память построенана двухтранзисторных ячейках памяти, во втором – на ячейках с расщепленнымзатвором. Геометрические размеры детектируемой области плавающего затвора вэлементахсрасщепленнымзатворомдвухтранзисторных ячеек (Рисунок 4.20, 4.21).существенноменьше,чему1550,5 мкмРисунок 4.20 – Область ПЗ двух транзисторной ячейки памяти.0,2 мкмРисунок 4.21 – Область ПЗ ячейки с расщепленным затворомМетодом контактной сканирующей микроскопии получено изображениепространственного распределения сигналадля двух типовисследуемых ячеек (Рисунок 4.22, 4.23). На основе распределения этого сигналаможно различать между собой ячейки с различным уровнем заряда на ПЗ.1560,5 мкм2 мкмРисунок 4.22 – Пространственное распределениесигналадля двух транзисторной ячейки памяти0,8 мкм0,2 мкмРисунок 4.23 – Пространственное распределениесигналадля ячейки памяти с расщепленным затворомНа основе полученных результатов измерений можно сделать вывод, чтолатеральное разрешение метода КСЕМ не хуже 200 нм.При этом известно, что в процессе записи на ПЗ ячейки памяти срасщепленным затвором помещается меньшее количество электронов, чем на ПЗдвухтранзисторной ячейки.157Для определения величины заряда, инжектируемого на ПЗ ЭНП,необходимополучитьсведенияономинальныхзначенияхнапряжения,подаваемых на ячейки памяти в процессе программирования.
Для получениянеобходимыхданныхпримененспособконтактноговнутрисхемноготестирования.На корректно функционирующих кристаллах ИМС, с элементами хранениядвухтранзисторного типа и с расщепленным затвором, нанесены тестовыеконтактные площадки к управляющему затвору, стоку/истоку и подложкетранзистора с плавающим затвором. Далее ИСМ приводилась в состояниепрограммирования внутренней памяти, и наноманипуляторами проводилосьизмерение необходимых параметров.Применив полученные данные о значениях напряжений программированияв созданной модели ячеек, получены данные об уровне зарядов, инжектируемыхна плавающий затвор ячеек двухтранзисторного типа и с расщепленнымзатвором. В процессе программирования на ПЗ двух транзисторной ячейкипамяти помещается зарядКл, а на ПЗ ячейки с расщепленнымзатворомТакимКл [177].образом,чувствительностьдетектируемогозарядаможноприблизительносоответствуетсчитать1000методанеКСЕМпохужеэлектронам,помещеннымвеличинеКл,чтонаПЗэнергонезависимой памяти на основе хранения заряда.4.6 Выводы по главеВ течение всего жизненного цикла ячейка энергонезависимой памятиподвержена различного рода воздействиям (электрические поля, температурныепроцессы и т.д.).
Анализ воздействия на ячейки подобного рода процессов можнопровести при помощи компьютерного моделирования в САПР Synopsys ISETCAD. Результаты моделирования ячеек памяти двух типов, позволяютопределитьзависимостьизменениявольт-амперных,вольт-фарадныххарактеристик ячеек памяти и уровня поверхностного потенциала при различном158уровне заряда на плавающем затворе. Так же модель позволяет определитьуровень заряда, помещаемого на ПЗ ячеек памяти, при подаче на управляющиеэлектроды различных значений напряжения.Причинами отказов ячеек памяти могут являться: эффект избыточногонакопления основных/неосновных носителей заряда на плавающем затворе,деградационные процессы в диэлектриках и разрыв цепи в контактных областяхстока/истока.Анализ высокочастотных вольт-фарадных характеристик, полученныхметодикойКСЕМ,ианализвеличиныповерхностногопотенциала,детектируемого МЗК, позволяет определить подверженность ячеек памятиэффекту избыточного накопления основных/неосновных носителей заряда наплавающемзатворе.Распределениесигналапропорциональногодифференциальной емкости показывает влияние циклов перепрограммированияна область накопленного заряда на ПЗ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
