FLOTOX结构的EEPROM可靠性研究(1)

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西安电子科技大学学报 （自然科学版）
第 *- 卷
图!
阈值电压与擦写应力周期的变化关系
图"
阈值窗口变化与脉冲应力的关系
在脉冲宽度一定的情况下， 改变脉冲应力的大小， 对 ##$%&’ 进行反复擦写后， 试验结果表明， 经过相同的 擦写周期， 脉冲应力大则阈值窗口也比较大 ( 这是由于脉冲应力大对浮栅上电荷改变的影响也大， 见图 "( 在脉 冲应力一定的情况下， 改变脉冲宽度， 经过对 ##$%&’ 的反复擦写后， 试验表明， 脉冲宽度小的， 阈值窗口的变 化率比较大 ( 这是由于脉冲应力的上升沿对浮栅电荷的充放电影响比较大而导致的 ( 如图 ) 所示 (
图 ) * 种脉冲应力下， 阈值窗口的变化率与擦写时间的关系
脉冲应力一定， 改变脉宽对 ##$%&’ 反复擦写， 结果表明经相同的擦写时间， 脉冲宽度小则阈值窗口变 化较大 ( 原因是脉冲应力上升沿对浮栅电荷的充放电影响较大， 脉冲沿上升速度越快， 隧穿氧化层电场越大， 隧穿电流建立的内部电场越小 ( 为了减小最大电场， 保持超薄隧道氧化层不受突变脉冲瞬时感应高压的破
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层隔开 + 当对 ’’()$* 进行 “擦除” 时， 控制栅加高压脉 冲， 源、 漏端和衬底都接地， 电子由漏经隧道氧化层到达 浮栅， 擦除后浮栅上有多余的电子， ’’()$* 的阈值为高 阈值； 当进行 “写入” 操作时， 控制栅和衬底接地， 漏端加 高压 脉 冲， 源 端 浮 起， 电 子 由 浮 栅 到 达 漏 端， 写入后 ’’()$* 的阈值为低阈值 + ［-， ,， .］ ： 即可 "#$%$& 失效主要有 , 个方面 ! 耐久性， 编程窗口的退化； 即浮栅存储电荷的泄漏； " 持久性， # 薄隧道氧化层的击穿 + "#$%$& 可靠性与隧道氧化层质量 密切相关 + 隧道氧化层中缺陷 （陷阱电荷） 是引起 "#$%$& ’’()$* 性能退化的主要原因 + ’’()$* 隧道氧化层与普
斌# ， 王 金 延#
&*""&*； !) 信息产业部电子 , 所分析中心 广东
包括可编程窗口的退化， 电荷保持特性的退化 摘要：分析了影响 012324 556728 可靠性的主要因素， 以及与时间有关的氧化层击穿等 / 012324 的可靠性与隧穿氧化层的质量密切相关 / 隧穿氧化层中产生 的缺陷 （陷阱电荷） 是引起 012324 556728 性能退化的主要原因 / 实验证实氧化层中的陷阱电荷对 012324 556728 性能的退化起主要作用 / 关键词：012324； 退化； 可靠性 556728； 中图分类号： 39:". 文献标识码： ; 文章编号： （!"":） *""*$!:"" "!$"*&:$"#
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实验结果与讨论
实验用 @*$/ 工艺生产的五端 "#$%$& ’’()$*， 宽长比为 ?A1： 隧道孔面积为BAC$ 1A.， ; D !A!$ ;+
图-
阈值电压变化率与应力周期的关系
图,
阈值电压变化率与脉冲应力的关系
图 - 和图 , 是阈值电压变化率 %./ - ./ 与擦应力周期、 脉冲应力 （擦应力） 的变化关系 + 图中可见随应力 周期的增加阈值电压的变化逐渐增大， 随脉冲应力的增加阈值电压的变化也逐渐增大， 很明显， 脉冲应力对 阈值电压的影响远大于应力周期的影响， 选择合适的擦 E 写应力是提高 ’’()$* 寿命的重要手段 + 图 1 表明阈值窗口 （同一个周期的 “擦” 阈值与 “写” 阈值的差） 随着擦写周期的增加会逐渐缩小 + 这是由 于在擦写过程中， /F$- E /F 界面附近产生了正陷阱俘获电荷或在远离 /F$- E /F 界面的地方产生了负陷阱俘获 由于扫描时间短， 隧穿氧化层下的漏区出现了深耗尽， 表面势大于强反型的平衡 电荷造成的 + 在擦写过程中， 值， 能带弯曲足够大使得硅中发生带带隧穿， 表面积累正电荷， 使隧穿电场增强， 引起了更多的电子运动 + 当 万方数据 注入量增大时， 负电荷俘获占优， 电场降低， 可编程窗口变窄 +
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其中 </ 为控 012324 利用漏和浮栅间超薄氧化层的 09 隧道效应进行擦 ] 写工作 / 012324 剖面见图 *， 制栅， 特殊之处在于漏与浮栅间有一超薄氧化层小窗口， 厚度约 <= 为漏， <> 为源 / 它是双层多晶硅工艺， 称为隧道氧化层 / 浮栅四周都是氧化层， 与外界绝缘 / 在强场下漏与浮栅之间可进行双向电子流 % ^ *" CX， 动， 由此实现对单元的擦和写 / 浮栅存有电荷时表示 “*” ； 当浮栅上无电荷时表示 “"” ， 控制栅与浮栅间由氧化
图! "#$%$& ’’()$* 剖面图
但 ’’()$* 特有的结构和工作模式使加在隧道氧化层上的应力条件下 通 *$/ 器件氧化层的退化起因相同， *$/ 器件不同 + 高场下的 "0 隧穿会在氧化层内产生缺陷或电荷， 这些陷阱电荷将引起擦写阈值电压的改变， 导致可编 程窗口的缩小， 使读出信号发生错误， 这就是通常所说的 ’’()$* 耐久性问题 + 在非均匀写的情况下会出现 ［-， ［.］ 1］ ， 但有研究者 通过电荷泵 （ 23456789:;9） 测量得 阈值电压窗口开启的现象， 通常认为是 "0 隧穿引起的 出结论： 导致阈值电压窗口开启的正电荷是由隧穿氧化层下的漏区深耗尽造成的， 窗口变窄的原因是氧化层 中俘获了负电荷 + 与时间有关的氧化层介质击穿 （ %<<=） 是器件长期可靠性的标志 + 氧化层击穿存在一个临界电荷 !" ， 对 同种工艺 !" 是恒定的 # 描述这种失效机理的模型是基于场致键间断裂机理的热化学击穿模型， 击穿时间 $%&