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1、摘要摘 要 耐久性特性是存储类芯片最为重要的可靠性课题之一。闪存器件因为其特殊的结构和工作模式，导致了特有的器件特性，同时还引入了其他的可靠性问题。 本文综合了直流电压应力和 UV 方式，研究了三栅分栅闪存器件耐久性退化机理，实验验证了多晶到多晶的 F-N电子隧穿擦除操作引起的隧穿氧化物束缚电子是导致三栅分栅闪存器件退化的重要原因。基于器件耐久性退化机理，讲述了三栅分栅 闪存特殊的结构和操作方式。 在耐久性优化方面，本论文重点从器件操作条件对三栅分栅闪存器件的耐久性进行了研究。在优化器件操作条件方面，提出了过擦除方法和动态调节擦除电压的方法，应用于单个存储单元的测试中，相较于原始的擦除操作条件
2、，能够很好的改善器件的耐久特性。关键词：闪存，耐久性，陷阱束缚电荷，耐久性优化,尺寸缩小AbstractInvestigation of 0.13um-shrink Flash Characteristics and Endurance ReliabilityAbstractEndurance is one of the most important reliability topics in flash memory. Due to the special physical structure and operation method in 0.13um-shrink flash memor
3、y, it has a unique device characteristic and a new reliability problem.In this thesis, by using of DC (Direct Current) stress and UV (ultraviolet), the mechanism of endurance degradation in triple split-gate flash memory is investigated. Poly-to-poly F-N (Fowler-Nordheim) erase tunneling induced ele
4、ctron trapping is confirmed to dominate the degradation of triple split-gate flash device during cycling. As for endurance optimization, the studies are carried out on the operation conditions. Two methodsOver-erase and Dynamic Adjusting Erase Voltageare put forward and proved effectively for the en
5、hancement of endurance characteristics in single-cell samples.Keywords: Flash, Endurance, Electron Trapping, shrink目录目 录摘要.IAbstract II第一章 绪论1非易失性半导体存储器技术的发展历史.11.1.1 从 ROM 发展到 EPROM 11.1.2 从 EPROM 发展到 EEPROM 2 从 EEPROM 发展到 Flash Memory3 0.13um-shrink 闪存芯片简介 11芯片结构介绍 .11芯片原理介绍 .13芯片制造流程 .17芯片测试流程 .1
6、8 1.3 研究0.13um-shrink闪存的耐久性以及市场空间有何必要1.4本论文的工作 .20第二章闪存芯片的耐久性研究现状和耐久特性退化原理研究22研究现状分析 .222.1.1 源端通道热电子注入（SSI）导致的耐久特性退化 .222.1.2 Poly 到 Poly 的 F-N 隧穿导致的耐久特性退化 .23耐久特性退化原理 .25本章小结 .48第三章 闪存器件耐久特性和工作条件的关系研究49器件耐久特性和工作条件的关系研究 49器件耐久特性和环境温度的关系研究52实验准备和过程 .52实验结果和解析 .53本章小结 .56第四章闪存芯片耐久特性优化的研究 .57存储单元过擦除法
7、.57存储单元动态擦除法 .59基本理论 .60实验结果和解析 .61本章小结 .70第五章 总结 80参考文献 81附 录 .89致谢 .90第一章 绪论1.1 引言在现代化的信息技术中，半导体存储器是非常重要的电子元件，和其他的Si工艺技术一样，储存技术在容量和特性方面也跟随着摩尔定律成长的脚步。当不外加电源的时候，这类储存器件也能在相当长的时间里保持着之前写进去的信息。非易挥发性闪存器件（Nonvolatile Memories，NVM）是固态存储类器件中一个占主导地位的分支。由于量产规模和较大的市场份额，非易挥发性闪存器件一直都受到大众的关注。本文所研讨的是就是一种半导体存储器件，它是
8、非易挥发性的半导体，这一小节，我们回顾了关于这一类半导体技术的发展历程，而且还分析了不同种类的半导体的技术。从而得出，非易挥发半导体必然向着闪存技术方向发展，因为这种技术的市场前景良好。1.1.1 从 ROM 发展到 EPROM 上世纪六零年代中期，一直占据主流市场的磁芯存储器，也就是magnetic corememory开始被金属氧化物半导体代替，并逐渐被市场认可。这种半导体存储器被称为MOS，然而这种储存器存在一个致命的缺点，一旦断电，所存储的数据在很短的时间内就会丢失，基于这种情况，ROM，也就是非易失性半导体还是存储器市场的主流。 直到1967年，半导体存储市场开始推出浮栅（即FG）的
9、理念，并在这种理念下开始推出了金氮氧半导体，也就是占据了市场半个多世纪的MNOS，这种存储器解决了MOS容易丢失数据的问题，并且在性能上比1971年的ROM还要先进，在PAM，也就是1K的随机存储器问世没多长时间，在浮栅概念的推动下，EPROM即紫外光擦除可编程只读存储器开始风靡世界。 这种存储器属于半导体存储器的一种，而且可以实现电学化变成，还可以将写入的数据擦除，并且不会因为断电而丢失数据，这是浮栅理念的一次质的飞跃。这种存储器在编程的时候采用的是CHI，也就是沟道热电子注入的方式、这种编程方式需要高电压以及大流量的电流作为环境需求，因此，一般采用12伏的电源作为外部供电模式，每写入一个字
10、节的程序，需要1ms左右的时间，这种存储器只可以向浮栅提供电子，只有用紫外光照射才能擦除，实现存储是通过浮栅内的电子逸出势垒而实现。擦除存储器数据的时候，需要用紫外光照射20分钟以上，而且必须是断电操作，EPROM在进行擦除的时候不按照字节擦除，所以可以用单个的浮栅MOS来构成EPROM的存储单元，正因如此，高度集成的EPROM才能实现DRAM，也就是动态随机存储器的功能。 因为EPROM需要进行紫外光照射才能实现擦除功能，所以，在生产这类存储器组件的时候，必须要有一个石英窗口，这就导致这种半导体存储器的成本直线上升。而且，EPROM的编程与擦除必须通过电路板进行，这也造成了封装难度提高。基于
11、以上情况，人们逐渐开发出一种可编程的一次性存储器，也就是OTP，（One-Time-Programmable），这种存储器的结构类似于EPROM，但是只能编程一次，之后就不能进行再编程和擦除了，因此，这种器件不需要封装石英窗口，成本自然大幅度降低。1.1.2 EPROM到 EEPROM的升级 在EPROM出现后十多年，也就是1983年，EPROM出现了第一次大的升级，16K的可编程擦除存储器问世了，而且这种存储器的擦除不再是紫外光，而是电擦除式的，这就是EEPROM，因为它也是基于浮栅概念开发的，所以跟EPROM非常类似，与器件沟道区域绝缘的是 n 型掺杂的多晶硅平板。由于高质量的氧化物将这一平板完全与其它电极隔离，因而形成了浮栅。通常，与浮栅耦合的是一个或多个电极，而器件沟道的导通与否是由浮栅中所储存电子的数量决定的。其与 EPROM 最主要的不同在于EEPROM都是通过电信号进行编程和擦除的，不要讲存储器从电路板取出，而且，操作的时候可以按照字节顺序进行，改变了EPROM改动需要整体擦除或者编程的弊端。 和编程。虽然EEPROM的功能相对
