Диссертация (1091051), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Следующее поколение технологий «три бита в ячейке» (TLC) и «четыребита в ячейке» (QLC) потребует различения восьми и шестнадцати пороговыхзначений напряжения соответственно.52Ячейка MirrorBitТехнология MirrorBit позволяет хранить два бита данных в одной ячейкепамяти и достигать двойной плотности устройства без ущерба для целостностиданных и производительности системы.
Компания AMD создал архитектуруMirrorBit, используя принципиально новую конструкцию и технологическийпроцесспозволяющуюуменьшитьстоимостьисущественноповыситьнадежность flash-памяти (Рисунок 1.41).Преимуществами ячейки MirrorBit является двойная емкость, высокаяпроизводительность и надежность, увеличенная скорость чтения (от 3 до 4 раз) изаписи (до 16), так же площадь массива на 40% меньше чем у MLC при том жеобъёме и на 30% дешевле [84].Рисунок 1.41 –Ячейка MirrorBit и ее архитектураЯчейка NROMДанный тип ячеек выполнен по технологии Charge-Trap и имеет болеевысокую плотность записи, сокращенное число масок и повышенное числоциклов перезаписи (до 100000 с сохранением информации до 10 лет), в отличие отячеек с плавающим затвором.Элемент памяти NROM представляет собой транзистор с элементомхранения на основе ловушки заряда типа оксид-нитрид-оксид.
Помещение зарядаосуществляется посредством горячей инжекции электронов. Особенностьюячейки NROM является высокая эксплуатационная надежность. Некорректноечтение практически полностью исключено, ошибки возможны в случае дефектов53в структуре ячейки.
Возможность хранения 2 и 4 бит в одной ячейки не зависимодруг от друга, отличные показатели надежности, возможность организацииреверсивного чтения делают ячейки NROM наиболее перспективными дляхранения информации в современных интегральных схемах [85].Проведен сравнительный анализ различных параметров существующихвидов flash-памяти (Таблица 1.9).Таблица 1.9 – Основные параметры существующих видов flash-памяти [62-84]ЯчейкиSuperFlash-1SuperFlash-2SuperFlash-3StrataflashMirrorBitTLCMONOSSONOSTANOSΩ-Gate SONOSJL SONOSBE MONOSРазмерячейки0.13мкм0.11мкм65нм23 нм40 нм90 нм25 нм30 нм5 нм14 нм10 нм20 нмТипЗЭFGFGFGCTCTCTCTCTCTCTCTCTЧисло цикловперезаписи1041051051041045000107107107106106106Скоростьчтения140 нс100 нс90 нс150 нс140 нс160 нс50 нс50 нс10 нс20 нс15 нс40 мсМетодзаписиSCHESCHESCHEFNFNFNFNFNFNFNFNFNМетодстиранияFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNFNКоличествоэлектронов10410410350401044550102510301.4 Выводы по главеШирокое распространение flash-памяти приведет к уменьшению еестоимости, однако дальнейшая миниатюризация ставит проблему поддержкинадежности при сохранении износоустойчивости.
Для надежности flash-памятимасштаба менее 19 нм потребуются новые алгоритмы организации массиваданных. Множество исследований в настоящее время посвящено архитектурепамяти, энергосбережению и высокоскоростным интерфейсам ввода-вывода. Вряде проектов проблемы масштабирования двумерной flash-памяти решаются засчет перехода к 3D-структурам и использованию многоуровневых типов ячеек.Сегмент Charge-Trap на мировом рынке неуклонно растет в связи с увеличениемспроса на 3D NAND память, в которой данная технология особенно актуальна.Не смотря на то, что новые виды энергонезависимой памяти (FRAM,MRAM,PRAM)ужесуспехомприменяютсявразличныхизделиях54микроэлектроники, их совокупная доля на рынке невелика. Основным видом ПЗУинтегрируемых в ИМС остается энергонезависимая память на основе хранениязаряда. Определены основные технологические решения при создании ЭКБ итенденциидальнейшегоразвитиявстроеннойпамятиИС.Предложенаклассификация ПЗУ на основе хранения заряда.
Рассмотрены особенностифункционирования основных типов ячеек памяти на основе хранения заряда.Совершенствование и разработка новых методов анализа отказов становитсяприоритетным направлением в решении задачи повышения выхода годныхизделий и надежности интегрированных ЗУ.55ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯОТКАЗОВ В ЭЛЕМЕНТАХ ХРАНЕНИЯFLASH-ПАМЯТИНа надежность устройств с субмикронной топологией все большее влияниеоказывают скрытые электрофизические явления, протекающие в ячейках памяти,способные привести к нарушению работоспособности ПЗУ. Определениефизических механизмов, приводящих к отказу устройства, выходит на первый планв процессе увеличения процента выхода годных изделий и показателейнадежности, как целиком ИМС, так и отдельно flash-памяти.В данной главе будет представлен обзор основных технико-экономическихпоказателей полупроводниковых технологий и существующих методов анализаотказов ИМС.
Рассмотрены основные виды, причины и механизмы отказов ИМС.Представлены результаты анализа электрофизических механизмов отказовэлементной базы ЗУ на основе хранения заряда.2.1. Отказы в современных интегральных микросхемах2.1.1 Актуальность анализа отказов ИСПроцесспроизводствасовременныхИСпредставляетсобойпоследовательность сложных технологических операций, таких как литография,отжиг, травление, осаждение, химико-механическая планаризация и т.д.,направленных на формирование чипа с заданной топологической структурой ифункциональными характеристиками.Одним из критериев качества технологии, используемой при производствеИС, является процент выхода годных изделий, характеризующийся отношениембездефектных чипов к их общему количеству. Увеличение степени дефектностивлияет так же на себестоимость изделия. Так, уменьшение выхода годных на 1%на 300 мм пластине приводит к увеличению издержек на 5 млн.
$ в год [86-92].Моделью для прогнозирования выхода годных изделий служит кластернаямодель выхода годных. Приближенное выражение для среднего значения выходыгодных ИС:56,где- площадь(2.1)кристалла,– технологическиеконстанты,– безразмерный параметр называемый коэффициентом кластеризации. Параметримеет размерность площади и называется показателем бездефектностиплощади.Уровень дефектности технологии (число дефектов на единицу площади)определяется отношением.Выход годных в зависимости от площади определяется числом дефектов наединицуплощади.Основныетенденцииразвитияполупроводниковойпромышленности свидетельствуют об увеличении площади пластин, плотностиупаковкиэлементнойкомпонентнойбазы(ЭКБ)иувеличениичислатехнологических этапов производства (Таблица 2.1).
Выход годных изделийзависитоттопологическойнормыичислапроизводственныхэтапов(Рисунок 2.1) [5,93-95].Рисунок 2.1 – График зависимости выхода годных изделий от топологическойнормы и числа производственных этапов57Таблица2.1–Основныетехнико-экономическиепоказателиполупроводниковых технологий с проектными нормами менее 90 нм [91-96]Проектнаянорма, нмЧисловентилейна 1мм2,тыс.
шт.906540282016/14630110921303048600217301∆ от выходагодных*, %Числовентилейнапластине,109 шт.Стоимостьпластины,млн. $∆ стоимости,%Стоимостьсхемы,содержащей106 вентилей, $97,496,391,786,772,850,933,63156,33097,942166,066209,541260,2261,3571,5661,9092,3262,9824,20516,819,722,528,241,00,040,030,020,010,010,02*- Изменение выхода годных ИМС вследствие коррекции через 2 года посленачала массового производства.Все приведённые показатели (Таблица 2.1) соответствуют данным ихстоимости через 2 года после начала массового производства. Данные длятопологических норм 16/14 нм предварительные, ожидаемое появление ИС сданными нормами 4 квартал 2016 года [92,96].Анализ отказов полупроводниковых изделий необходим для выясненияпричин выхода из строя устройства и обеспечения своевременных ответных меротносительно полученной информации, вплоть до внесения изменений в проектдизайна и технологические циклы производства.По мере роста спроса на высоконадежные ИС на рынке, увеличиваетсяпроизводство схем с высокой плотностью упаковки и большими размерамикристалла, требующие применение передовых технологий для проведенияанализа отказов.
Очевидно, что для гарантии надежности изделия, безотказностьИС должна учитываться при проектировании и в процессе производства. Однаконевозможно полностью избавится от сбоев в процессе производства иэксплуатации.оперативнойПоэтойпричине,информациейоднородных отказов.анализпредприятияотказовдлядолженобеспечиватьпредотвращенияпоявления58ПроцесспроизводствасовременныхИСпредставляетсобойпоследовательность сотен сложнейших технологических этапов, использующихразличные типы материалов. В сочетании с тем, что ИС используются в самыхразнообразных условиях, анализ отказов требует огромного накопленного опытаи знаний о проектировании и технологиях производства.Уменьшение топологических норм, внедрение новых технологий иматериалов и увеличение плотности упаковки элементной базы на первых этапахотладки производственных циклов закономерно приводит к росту числа отказов.Своевременное выявление причин и физических механизмов, приведших котказам ИС, позволяет существенно повысить процент выхода годных изделий,уменьшить издержки при производстве, улучшить технологический процесспроизводства и уменьшить нагрузку на окружающую среду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
