隨著器件尺寸的縮小,非易失性存儲(chǔ)器和其他半導(dǎo)體器件一樣,面臨著可靠性的問(wèn)題。由于EEPROM器件經(jīng)常工作在高電場(chǎng)應(yīng)力之下,與之密切相關(guān)的對(duì)柵氧化層的質(zhì)量以及應(yīng)力引起的退化的研究,成為其發(fā)展過(guò)程中最為重要的課題之一。 論文首先討論了EEPROM的可靠性問(wèn)題及其機(jī)制,主要針對(duì)EEPROM保持特性進(jìn)行了研究。在溫度加速應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法得出了保持特性的溫度模型,發(fā)現(xiàn)單元閾值電壓漂移隨應(yīng)力時(shí)間呈現(xiàn)兩段式退化。在電應(yīng)力加速實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)理論在FN隧穿機(jī)制下推導(dǎo)了模型,閾值漂移同應(yīng)力電壓存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,并且在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下閾值電壓退化量與時(shí)間呈線性關(guān)系,閾值電壓退化的斜率隨著外加電壓的增加而增大。 論文主要研究了與EEPROM數(shù)據(jù)泄漏的機(jī)制密切相關(guān)的柵氧化層的退化問(wèn)題。在對(duì)NMOSFET超薄柵氧化層的SILC問(wèn)題研究中進(jìn)行了斜坡電壓和恒定應(yīng)力條件下的實(shí)驗(yàn)。 在斜坡電壓實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)不同柵氧厚度(Tox=1.4nm、4nm、7nm)的器件在V-Ramp下測(cè)得的柵電流的變化現(xiàn)象不同,分析其現(xiàn)象是由于在不同柵氧化層厚度下,SILC電流產(chǎn)生的機(jī)制不同,并且發(fā)現(xiàn)高溫會(huì)加劇氧化層的擊穿。 在恒定柵電壓應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中,對(duì)柵氧厚度為T(mén)ox=4nm和Tox=1.4nm的器件施加負(fù)柵壓應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)其閾值電壓漂移隨應(yīng)力時(shí)間的變化不同,出現(xiàn)此差異是由于隨著柵氧化層厚度不同,氧化層陷阱電荷和界面陷阱對(duì)器件參數(shù)的影響的主導(dǎo)作用不同。對(duì)于Tox=4nm器件閾值電壓漂移出現(xiàn)轉(zhuǎn)向(turnaround)的現(xiàn)象,在應(yīng)力初期氧化層中正電荷的俘獲占主導(dǎo)地位使得閾值漂移出現(xiàn)負(fù)向漂移,此后隨應(yīng)力時(shí)間增加氧化層中負(fù)電荷俘獲的影響開(kāi)始逐漸顯著從而使閾值漂移發(fā)生轉(zhuǎn)向;對(duì)于Tox=1.4nm的器件無(wú)論施加的柵電壓應(yīng)力方向如何,閾值電壓的漂移均為正向,并且隨著應(yīng)力時(shí)間增加而增大,這是由于當(dāng)柵氧化層厚度降低,界面陷阱的效應(yīng)相比陷阱電荷對(duì)器件的影響更為顯著,從而導(dǎo)致閾值電壓隨時(shí)間正向漂移,并且與應(yīng)力時(shí)間符合指數(shù)的規(guī)律。 為研究GIDL效應(yīng)對(duì)器件的影響,進(jìn)行了對(duì)Tox=1.4nm和4nm的NMOSFET器件施加GIDL應(yīng)力的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)GIDL應(yīng)力后器件的GIDL隧穿電流IGIDL都隨著應(yīng)力時(shí)間增大而減小,說(shuō)明在GIDL應(yīng)力情形下空穴都注入到了柵中。而閾值電壓的變化情況,對(duì)于Tox=1.4nm的器件,閾值電壓隨著應(yīng)力時(shí)間的增加而逐漸變大;對(duì)于Tox=4nm的器件,閾值電壓則是隨著應(yīng)力時(shí)間先減小而后增加。分析此變化現(xiàn)象不同的原因,是由于交疊區(qū)界面附近的空穴以及界面陷阱對(duì)于閾值電壓的影響的不同。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TP333.7
【部分圖文】：

第二章 EEPROM 介紹及其擦寫(xiě)機(jī)制 得到直接隧穿電流模型，其模型表達(dá)式為[2.15-2.16]：( )[ ] Φ Φ ΦoxoxboxoxoxoxoxEBVEVVA321/1exp2較厚的氧化層(Tox＞10nm)，氧化層隧穿主要是 FN 隧穿了器件的可靠性問(wèn)題，例如 SILC(Stress Induced Leakaependent-Dielectric-Breakdown)。隨著柵氧化層厚度的隧穿愈發(fā)顯著，成為制約隧道氧化層厚度的因素[2.15]。

行性能評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)，并且為提高可靠性提供了理論和3.1 EEPROM 的可靠性問(wèn)題儲(chǔ)器單元有幾個(gè)重要的用于評(píng)估單元的性能功能性參數(shù)：(1)耐久性(Endurance)；(2)保持性(Charge Retention)因素主要有隧道氧化層的質(zhì)量、IPO(Inter-Poly Oxide編程方式引起的存儲(chǔ)單元的可靠性退化的機(jī)制也不同題是氧化層中電荷陷阱、界面態(tài)產(chǎn)生、電子或空穴被共同作用的結(jié)果[3.1-3.3]。M 的耐久性指 EEPROM 單元可反復(fù)擦/寫(xiě)的能力，表現(xiàn)為可編程窗M 的擦/寫(xiě)閾值電壓隨擦/寫(xiě)周期的變化來(lái)表示，如圖 3.1寫(xiě)周期的變化，它與編程次數(shù)有密切的關(guān)系。

EEPROM 中柵氧化層的可靠性研究大多數(shù)的商用 EEPROM 產(chǎn)品可以保證 106有效擦/寫(xiě)發(fā)生在兩者值(高電平與低電平狀態(tài))太小以至不能被子被氧化層中的電子陷阱所俘獲無(wú)法再移動(dòng)，另有實(shí)/寫(xiě)過(guò)程中氧化層兩端所施加的高電場(chǎng)所產(chǎn)生的[3.2]。件耐久性尤其重要。 的保持性指在存儲(chǔ)單元中的信息是否能長(zhǎng)期保存的能力，用以電源供應(yīng)情況下對(duì)所存數(shù)據(jù)的保持時(shí)間，主要是由于閾值電壓的變化來(lái)顯示單元存儲(chǔ)電荷的泄漏量，如無(wú)法保持浮柵中的電荷量時(shí)，我們稱之為數(shù)據(jù)保持
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2883671