基於低頻噪聲分析的電荷陷阱存儲器可靠性研究

《基於低頻噪聲分析的電荷陷阱存儲器可靠性研究》是依託鄭州大學，由楊瀟楠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於低頻噪聲分析的電荷陷阱存儲器可靠性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊瀟楠
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

基於電荷陷阱存儲單元的三維存儲被認為是20nm以下結點的主流存儲技術，而電荷陷阱存儲單元的可靠性問題一直是其實際套用的最大阻礙之一。本項目著眼於電荷陷阱存儲器可靠性的關鍵問題- - 耐久性和數據保持特性，利用低頻噪聲分析，結合電荷泵技術，在可靠性退化規律的探討、失效模型的建立、深層次物理證據的獲取及器件性能的最佳化等方面展開深入的研究。主要研究內容包括：獲得良好性能的存儲器件；明晰電荷陷阱存儲單元可靠性的退化規律；明確襯底-隧穿層界面附近陷阱的空間、能量分布及其與可靠性的關係；建立器件的可靠性退化模型並對依此提出器件可靠性最佳化的方法。本項目在電荷陷阱存儲器件可靠性退化機理研究方面，在缺陷阱缺分布規律探索方面，在低頻噪聲技術在可靠性分析套用方面，都具有重要的源頭創新意義。本項目可為面向三維集成的電荷陷阱存儲單元設計和套用提供理論指導。

結題摘要

基於電荷陷阱存儲單元的三維存儲被認為是20nm以下結點的主流存儲技術，而電荷陷阱存儲單元的可靠性問題一直是其實際套用的最大阻礙之一。本項目利用低頻噪聲分析在可靠性退化規律的探討、失效模型的建立、深層次物理證據的獲取及器件性能的最佳化等方面展開深入的研究。基本完成研究目標，具體研究成果包括： <1>獲取隧穿層陷阱、慢界面態、快界面態等多種類型缺陷在不同條件下的空間和能級分布 針對面向三維集成的快閃記憶體晶片非對稱結構，我們提出來一種新的近界面陷阱分布計算方法，具有更好的準確性和一致性。結合CV、IV、電荷泵等其他表征手段，我們獲取完整的隧穿層陷阱、慢界面態、快界面態等多種類型缺陷在不同條件下的空間和能級分布。 <2>首次發現噪聲轉換現象，建立了面向三維集成存儲器的可靠性退化物理模型。 基於缺陷的空間和能級分布，我們建立了可靠性退化的物理模型。首次發現了在50個編程/擦除周期以後，存在著一種“1/f噪聲——兩級RTN——三級RTN——兩級RTN——1/f噪聲”噪聲轉換現象。這一現象影響器件的噪聲波動水平。針對這種現象，我們提出了一種“三分區域”的物理模型，很好解釋了這種噪聲轉換現象。此外，我們研究了從新器件到一萬次編程/擦除周期過程中，噪聲從RTN到多級RTN 最後歸於1/f噪聲的變化規律，研究了此過程所對應的原生陷阱及應力生陷阱在隧穿氧化層中的分布規律。 <3>探索了閾值電壓對RTN行為的影響以及所對應的物理模型。 基於俘獲/發射截面模型研究了不同的閾值電壓狀態對於RTN行為的影響。隨著閾值電壓的增加，器件RTN噪聲的俘獲時間增加而發射時間減小，針對該現象，我們提出了 俘獲/發射截面模型加以解釋。 <4>探索提高器件可靠性的方法 基於上述可靠性退化物理模型，我們系統研究了製造工藝以及操作方式對於器件低頻噪聲和可靠性的影響，最終在工藝和操作方面提出了改善可靠性的方法。 本項目成果對於深入理解面向三維集成存儲器低頻噪聲的產生機理、缺陷分布、可靠性退化模型有著重要的學術價值。對於改善器件可靠性提供參考。