劉 岐，沈鳴杰，董 藝

（上海復(fù)旦微電子集團(tuán)股份有限公司，上海 200433）

0 引言

Flash存儲(chǔ)器是一種用于數(shù)據(jù)或程序存儲(chǔ)的通用集成電路產(chǎn)品，主要有浮柵型和電荷俘獲型2種，浮柵型因具有優(yōu)異的可靠性，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)和航空航天等領(lǐng)域；電荷俘獲型因其高溫特性略差，大多應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域。

Flash存儲(chǔ)器的可靠性有2項(xiàng)基本指標(biāo)：擦寫耐久和數(shù)據(jù)保持。擦寫耐久是指存儲(chǔ)器在滿足功能和電參數(shù)指標(biāo)前提下的數(shù)據(jù)可重寫能力，通常用擦寫循環(huán)次數(shù)表征，對(duì)于Flash存儲(chǔ)器，該值通常為104～105；數(shù)據(jù)保持是指存儲(chǔ)器經(jīng)時(shí)間推移仍然可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的能力，通常用數(shù)據(jù)保持時(shí)間表征，對(duì)于Flash存儲(chǔ)器，該值通常為55 ℃下數(shù)據(jù)保持10年。若應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，則對(duì)存儲(chǔ)器還有抗輻射的相關(guān)要求。在空間環(huán)境中，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器會(huì)受到空間輻射的影響，主要可分為單粒子效應(yīng)、電離總劑量效應(yīng)和位移損傷3種類型。其中，單粒子效應(yīng)是高能粒子引起的一些瞬時(shí)效應(yīng)，主要對(duì)CMOS電路有影響，部分單粒子效應(yīng)對(duì)雙極型和光電電路也有影響；電離總劑量效應(yīng)[1]會(huì)使原子或分子電離產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)，對(duì)雙極型和CMOS電路都有影響；位移損傷[2]會(huì)使原子或離子的位置發(fā)生移動(dòng)，在半導(dǎo)體內(nèi)形成缺陷，對(duì)雙極型和光電電路有影響，對(duì)CMOS電路（包括Flash存儲(chǔ)器）無(wú)影響。本文主要研究電離總劑量效應(yīng)的影響。

對(duì)浮柵型Flash存儲(chǔ)器的總劑量效應(yīng)、擦寫耐久和數(shù)據(jù)保持特性各自的機(jī)理以及它們之間的相互影響已有較多研究，但仍存在局限，如：基于商用Flash產(chǎn)品的研究[3]，受外圍MOSFET器件抗輻射性能所限，試驗(yàn)的總劑量較低，未超過(guò)50 krad(Si)；也有的研究[4]總劑量較高，但評(píng)估的偏置條件不夠全面，未評(píng)估動(dòng)態(tài)偏置條件的影響。本文研究了較高總劑量以及含動(dòng)態(tài)偏置在內(nèi)的多種偏置條件下的總劑量效應(yīng)對(duì)浮柵型Flash存儲(chǔ)器擦寫耐久和數(shù)據(jù)保持特性的影響。

1 研究對(duì)象

本文的研究對(duì)象是浮柵型Flash存儲(chǔ)器[5-7]。存儲(chǔ)單元是Flash存儲(chǔ)器的核心器件，決定了其可靠性。浮柵器件采用浮柵（FG）存儲(chǔ)電荷，器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，根據(jù)浮柵中存儲(chǔ)電荷量的不同來(lái)表示不同的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，一個(gè)單元可以存儲(chǔ)1 bit（SLC）、2 bit（MLC）甚至 3 bit（TLC）數(shù)據(jù)。對(duì)于可靠性要求較高的應(yīng)用，一般采用SLC方式，即一個(gè)單元存儲(chǔ)1 bit數(shù)據(jù)，其閾值電壓有擦除態(tài)和編程態(tài)2個(gè)狀態(tài)。

圖1 浮柵器件結(jié)構(gòu)示意（非按比例繪制）Fig.1 The structure of floating gate device (not in scale)

Flash存儲(chǔ)器的基本操作包括編程、擦除和讀。編程操作采用溝道熱電子注入（NOR型Flash）或FN隧穿效應(yīng)（NAND型Flash）向浮柵注入電子，使閾值電壓升高；擦除操作采用FN隧穿效應(yīng)將浮柵中的電子擦除，使閾值電壓降低；讀操作在控制柵（CG）上施加一個(gè)電壓（稱為讀電壓），該電壓介于編程態(tài)和擦除態(tài)閾值電壓之間，根據(jù)讀出電流大小區(qū)分存儲(chǔ)單元是處于擦除態(tài)（一般用數(shù)據(jù)“1”表示）還是編程態(tài)（一般用數(shù)據(jù)“0”表示）。由于多個(gè)存儲(chǔ)單元浮柵存儲(chǔ)的電荷量不可能完全相同，閾值電壓會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)分布（如圖2所示），其分布范圍的寬窄由編程和擦除操作算法決定，不同工藝、不同算法下的閾值分布會(huì)有所不同。閾值電壓靠近讀電壓（例如5 V）的單元，經(jīng)過(guò)擦寫耐久和數(shù)據(jù)保持等可靠性試驗(yàn)后，更容易出錯(cuò)，這部分單元的數(shù)量及其閾值決定了可靠性考核試驗(yàn)的結(jié)果，因此本文僅對(duì)這部分單元的閾值電壓（介于4～7 V之間）分布進(jìn)行閾值掃描，對(duì)可靠性無(wú)影響的、閾值電壓離讀電壓較遠(yuǎn)（＜4 V或＞7 V）的單元不進(jìn)行閾值掃描測(cè)試。

圖2 Flash 存儲(chǔ)單元閾值電壓分布示例Fig.2 Threshold voltage distribution of flash memory cell

2 試驗(yàn)方案

采用復(fù)旦微電子公司 65 nm工藝、32 Mbit NOR型Flash產(chǎn)品進(jìn)行總劑量效應(yīng)、擦寫循環(huán)和數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方案如下：

1）輻射總劑量（TID）效應(yīng)試驗(yàn)[8]條件：輻射源60Co，劑量率 50 rad(Si)/s，總劑量 150 krad(Si)——這是未來(lái)Flash產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)值。輻射試驗(yàn)偏置條件包括靜態(tài)待機(jī)、動(dòng)態(tài)讀和動(dòng)態(tài)擦寫3種。靜態(tài)待機(jī)偏置（TID_SDB）——樣片上電，輸入管腳接電源，輸出管腳浮空；動(dòng)態(tài)讀偏置（TID_RD）——以1 MHz頻率進(jìn)行連續(xù)、循環(huán)的讀操作；動(dòng)態(tài)擦寫偏置（TID_WR)——對(duì)樣片的一半空間進(jìn)行連續(xù)、循環(huán)的扇區(qū)擦除和頁(yè)編程操作（另一半空間不做操作），整個(gè)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行約50次擦寫循環(huán)。受輻射試驗(yàn)平臺(tái)通信速度所限，進(jìn)行 1 次擦寫循環(huán)耗時(shí) 1 min，150 krad(Si)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)時(shí)間為50 min，故整個(gè)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)中可進(jìn)行50次擦寫循環(huán)操作。

2）數(shù)據(jù)圖形：以扇區(qū)為單位，前8個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)圖形依次為 00h、FFh、CKBD、ICKBD、55h、AAh、ICKBD、CKBD，后面扇區(qū)依次循環(huán)，每個(gè)樣片每種圖形至少4 Mbit存儲(chǔ)單元（其中CKBD和ICKBD圖形各有8 Mbit），所有樣片在試驗(yàn)前初始化成相同的數(shù)據(jù)圖形。

3）擦寫循環(huán)（NVCE）試驗(yàn)[9]條件：為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，選取部分空間按該產(chǎn)品擦寫耐久指標(biāo)最大次數(shù)（104次）、其余空間按擦寫耐久指標(biāo)的10%（103次）進(jìn)行擦寫循環(huán)試驗(yàn)，每次寫入相同的數(shù)據(jù)圖形。

4）數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)條件：分別在高溫（HT）和常溫（LT）條件下進(jìn)行，高溫試驗(yàn)溫度為150 ℃，最長(zhǎng)測(cè)試至340 h（若Ea取1.1 eV，按阿倫紐斯公式可等效為55 ℃下數(shù)據(jù)保持240年）；常溫最長(zhǎng)測(cè)試至500 h。整個(gè)數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)不刷新。

5）數(shù)據(jù)刷新（ReWR）：按數(shù)據(jù)圖形要求，全空間重新寫入一次數(shù)據(jù)。

6）試驗(yàn)順序：先進(jìn)行總劑量效應(yīng)試驗(yàn)，再進(jìn)行擦寫循環(huán)試驗(yàn)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)。針對(duì)不同的研究目的，某些分組會(huì)跳過(guò)某項(xiàng)或某些項(xiàng)試驗(yàn)。例如為了評(píng)估總劑量效應(yīng)對(duì)擦寫耐久的影響，會(huì)有2個(gè)分組，一組先進(jìn)行總劑量效應(yīng)試驗(yàn)，再進(jìn)行擦寫循環(huán)試驗(yàn)；另一組跳過(guò)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)，只進(jìn)行擦寫循環(huán)試驗(yàn)，比較2組樣片的試驗(yàn)結(jié)果以判斷總劑量效應(yīng)對(duì)擦寫耐久的影響。本文假設(shè)總劑量效應(yīng)、擦寫循環(huán)和數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)的先后順序?qū)υ囼?yàn)結(jié)論無(wú)影響，未對(duì)其他試驗(yàn)順序進(jìn)行評(píng)估。

7）樣片數(shù)量：每個(gè)試驗(yàn)分組包括3個(gè)樣片，樣片的試驗(yàn)條件完全相同。由于有些試驗(yàn)有多個(gè)試驗(yàn)條件，則某些分組的前置試驗(yàn)可能多于3個(gè)樣片，比如做過(guò)擦寫循環(huán)試驗(yàn)的樣片，需要分2組分別進(jìn)行高溫和常溫?cái)?shù)據(jù)保持試驗(yàn)，則進(jìn)行擦寫循環(huán)試驗(yàn)需要6個(gè)樣片。

8）電測(cè)試：所有試驗(yàn)前、總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后、擦寫循環(huán)試驗(yàn)后和數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)后進(jìn)行電測(cè)試，包括功能測(cè)試、電參數(shù)測(cè)試及存儲(chǔ)單元閾值掃描，閾值電壓掃描范圍4～7 V。

3 總劑量效應(yīng)試驗(yàn)

總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后的閾值電壓測(cè)試，編程態(tài)單元采用6 V、擦除態(tài)單元采用4.5 V的加嚴(yán)條件讀出，統(tǒng)計(jì)失效單元數(shù)目。失效判據(jù)為編程態(tài)單元閾值低于6 V或擦除態(tài)單元閾值高于4.5 V。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，圖中數(shù)據(jù)為每組樣片的平均值，為了比較不同圖形的影響，失效單元數(shù)目換算為每2 Mbit存儲(chǔ)單元有多少個(gè)單元失效。具體數(shù)據(jù)處理方法為：一個(gè)樣片有4 Mbit空間存儲(chǔ)00h圖形，這一空間有 4 Mbit個(gè)“0”和 0 個(gè)“1”，而若存儲(chǔ) 55h（或 AAh、CKBD、ICKBD）圖形，則有 2 Mbit個(gè)“0”和 2 Mbit個(gè)“1”。數(shù)據(jù)處理時(shí)，將 00h圖形的編程態(tài)失效單元數(shù)目除以2，即換算成每2 Mbit平均有多少個(gè)失效單元，而55h（或AAh、CKBD、ICKBD）圖形不需處理，編程態(tài)和擦除態(tài)分別統(tǒng)計(jì)。這一結(jié)果也可理解為比特失效率。

圖3 總劑量效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 TID testing result

試驗(yàn)表明，總劑量效應(yīng)試驗(yàn)中不同圖形失效單元數(shù)目不同，棋盤格圖形（CKBD和ICKBD）失效數(shù)目最大，其他圖形（00h、FFh、55h、AAh）相近。其原因是電離輻射會(huì)在氧化層中產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)，電子和空穴會(huì)在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是浮柵中存儲(chǔ)的電荷會(huì)有一部分被中和掉，導(dǎo)致存儲(chǔ)電荷變少。因棋盤格圖形相鄰單元存儲(chǔ)電荷的極性相反，浮柵間電場(chǎng)強(qiáng)度最大，從而導(dǎo)致閾值電壓變化幅度最大，失效單元數(shù)最多?？梢?jiàn)，棋盤格圖形是總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的最易感圖形。

在總劑量效應(yīng)試驗(yàn)中，偏置條件也會(huì)影響閾值變化，且對(duì)擦除態(tài)和編程態(tài)的影響不同。與動(dòng)態(tài)讀偏置（TID_RD，圖3中虛線）相比，靜態(tài)偏置（TID_SBD，圖3中實(shí)線）的擦除態(tài)閾值變化較大，而編程態(tài)閾值變化幅度較小。2種狀態(tài)的閾值的變化方向不同主要是因?yàn)楦胖写鎯?chǔ)電荷的極性不同，讀電壓為正電壓，編程態(tài)和擦除態(tài)單元浮柵中電荷受正電壓的影響不同所致。因擦除態(tài)閾值變化幅度更大，而數(shù)據(jù)讀錯(cuò)是由閾值變化最大的單元決定，即由擦除態(tài)決定，所以，靜態(tài)偏置是總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的最嚴(yán)格偏置條件。

4 擦寫循環(huán)試驗(yàn)

由于Flash存儲(chǔ)器的編程和擦除算法均有校驗(yàn)操作，經(jīng)校驗(yàn)操作后編程態(tài)和擦除態(tài)閾值會(huì)分布在一個(gè)固定的區(qū)間，無(wú)法通過(guò)閾值分布的變化來(lái)分析試驗(yàn)的影響，所以本文通過(guò)擦除和編程時(shí)間來(lái)分析總劑量效應(yīng)對(duì)擦寫耐久特性的影響。

擦寫循環(huán)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖4所示，無(wú)論是否經(jīng)過(guò)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)，一個(gè)扇區(qū)的總編程時(shí)間幾乎不變；而一個(gè)扇區(qū)的擦除時(shí)間與初始值（Init）相比，經(jīng)過(guò)單獨(dú)的總劑量（TID）和擦寫循環(huán)（NVCE）試驗(yàn)樣片的擦除時(shí)間略微增加，經(jīng)過(guò)總劑量和擦寫循環(huán)疊加試驗(yàn)樣片的擦除時(shí)間增加幅度最大（約10%）。其原因是NOR Flash編程采用CHEI機(jī)理[6]，熱電子注入?yún)^(qū)域在浮柵器件漏端附近，總劑量效應(yīng)產(chǎn)生的正電荷和界面態(tài)分布在整個(gè)隧穿氧化層中，對(duì)局部較小區(qū)域的熱電子注入效率影響較小，又因?yàn)樗泶┭趸瘜雍穸容^薄，總劑量效應(yīng)的影響本來(lái)就小，所以，總劑量效應(yīng)對(duì)編程時(shí)間無(wú)影響；而擦除操作是在浮柵下面的整個(gè)隧穿氧化層區(qū)域發(fā)生隧穿，總劑量效應(yīng)在隧穿氧化層里產(chǎn)生的正電荷會(huì)影響電子隧穿，使擦除時(shí)間變長(zhǎng)。按擦除時(shí)間變化幅度升序排列為：150 krad(Si)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)，104次擦寫循環(huán)，總劑量與擦寫循環(huán)疊加試驗(yàn)。疊加試驗(yàn)的影響最大，但總體變化幅度較小，影響有限。

圖4 總劑量/擦寫循環(huán)試驗(yàn)編程時(shí)間與擦除時(shí)間測(cè)試結(jié)果Fig.4 Testing results of programming time and erasing time after TID/NVCE

5 數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)

數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)分別在高溫和常溫條件下進(jìn)行。

5.1 高溫?cái)?shù)據(jù)保持試驗(yàn)（HTDR）

1）總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后數(shù)據(jù)不刷新

總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后直接進(jìn)行高溫烘培試驗(yàn)，不刷新數(shù)據(jù)，評(píng)估其對(duì)高溫?cái)?shù)據(jù)保持特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，靜態(tài)待機(jī)偏置（TID_SDB+HTDR）和動(dòng)態(tài)讀偏置（TID_RD+HTDR）對(duì)閾值電壓變化的影響差別很小，可以忽略。經(jīng)過(guò)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的樣片（TID_SDB+HTDR與TID_RD+HTDR），與未進(jìn)行總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的樣片（HTDR）相比，閾值電壓變化幅度顯著增大，這主要是因?yàn)橐腩~外的輻射致電荷泄漏效應(yīng)所致。

圖5 高溫?cái)?shù)據(jù)保持試驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)不刷新）Fig.5 Testing result of HTDR (without data refreshing)

2）總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后數(shù)據(jù)刷新

高溫?cái)?shù)據(jù)保持試驗(yàn)前刷新數(shù)據(jù)，以消除前置試驗(yàn)對(duì)浮柵存儲(chǔ)電荷的影響，考察除了輻射致電荷泄漏效應(yīng)以外的其他影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的不同偏置（TID_SDB+ReWR+HTDR、TID_RD+ReWR+HTDR、TID_WR+ReWR+HTDR）對(duì)閾值電壓變化的影響幾乎無(wú)差異；擦寫循環(huán)（TID_SDB+NVCE+ReWR+HTDR）和總劑量效應(yīng)試驗(yàn)會(huì)使閾值變化幅度稍微變大，且僅對(duì)較高閾值的編程態(tài)單元有一些影響，對(duì)其他閾值電壓的單元無(wú)影響，即消除了輻射致電荷泄漏效應(yīng)的影響之后，總劑量效應(yīng)對(duì)高溫?cái)?shù)據(jù)保持的影響很小，可以忽略。

圖6 高溫?cái)?shù)據(jù)保持試驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)刷新）Fig.6 Testing result of HTDR (with data refreshing)

綜上所述，總劑量效應(yīng)對(duì)高溫?cái)?shù)據(jù)保持特性的影響主要表現(xiàn)在輻射致電荷泄漏，若輻射后刷新數(shù)據(jù)，則總劑量效應(yīng)對(duì)高溫?cái)?shù)據(jù)保持特性的影響可以忽略。

5.2 常溫?cái)?shù)據(jù)保持試驗(yàn)（LTDR）

由圖7可以看到，總劑量效應(yīng)對(duì)常溫?cái)?shù)據(jù)保持的影響與對(duì)高溫?cái)?shù)據(jù)保持的類似：若總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后不刷新數(shù)據(jù)（TID_LTDR），其閾值電壓變化幅度最大，主要是因?yàn)橐腩~外的輻射致電荷泄漏效應(yīng)所致；若總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后刷新數(shù)據(jù)，即消除輻射致電荷泄漏效應(yīng)之后，則輻射對(duì)常溫?cái)?shù)據(jù)保持的影響很小，幾乎可以忽略。

圖7 常溫?cái)?shù)據(jù)保持試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Testing result of LTDR

6 討論

浮柵器件閾值主要由2個(gè)因素決定：器件本征閾值和浮柵存儲(chǔ)電荷量。浮柵器件的本征閾值是指浮柵處于電中性時(shí)器件的閾值。下面從這2個(gè)方面分別討論總劑量效應(yīng)、擦寫循環(huán)以及數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)對(duì)浮柵器件閾值電壓的影響。

1）總劑量效應(yīng)試驗(yàn)

與對(duì)NMOS器件閾值的影響[10]類似：一定劑量的輻射會(huì)在柵氧化層中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子遷移率較高，較容易在電場(chǎng)作用下漂移出柵氧化層，空穴會(huì)駐留在氧化層中，即輻射后氧化層俘獲正電荷，使閾值電壓降低；同時(shí)，輻射還會(huì)在柵氧化層和硅界面處產(chǎn)生界面態(tài)，界面態(tài)帶負(fù)電[11]，對(duì)NMOS閾值的影響與氧化層正電荷相反，使閾值電壓升高。一般而言，氧化層俘獲的正電荷更多，占主導(dǎo)作用，故總體上輻射會(huì)使NMOS閾值降低[12]，即使浮柵器件的本征閾值降低。輻射致閾值電壓漂移量與氧化層厚度tox呈冪律關(guān)系，n一般在1～3之間，具體由工藝條件和偏壓條件決定。當(dāng)氧化層厚度小于10 nm時(shí)，輻射引起的閾值漂移很小，甚至可以忽略[13]。

2）擦寫循環(huán)試驗(yàn)

NOR型Flash編程時(shí)會(huì)在漏端（Drain）注入熱電子，在界面處產(chǎn)生界面態(tài)，同時(shí)有些電子會(huì)被氧化層中的陷阱俘獲[14]，形成氧化層中的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷主要分布在漏端附近；擦除操作的隧穿效應(yīng)發(fā)生在浮柵下方的整個(gè)氧化層區(qū)域，因而柵氧化層俘獲的電子會(huì)分布在整個(gè)柵氧化層區(qū)域；由于陽(yáng)極空穴注入效應(yīng)的存在，氧化層俘獲電子的同時(shí)，也會(huì)有空穴注入到柵氧化層中而被俘獲。由于柵氧化層是絕緣體，電子和空穴不會(huì)立即復(fù)合，二者會(huì)同時(shí)存在，經(jīng)過(guò)擦寫循環(huán)試驗(yàn)的浮柵器件如圖8所示，柵氧化層中同時(shí)存在正電荷和負(fù)電荷，界面處存在界面態(tài)，由于編程效應(yīng)發(fā)生在漏端附近，電荷和界面態(tài)密度在漏端附近略高。出于操作電壓和數(shù)據(jù)保持特性的折中考慮，浮柵型Flash的隧穿氧化層厚度一般為6～8 nm，理論上，總劑量效應(yīng)對(duì)閾值電壓的影響很小。本文試驗(yàn)也證實(shí)，與104次擦寫循環(huán)試驗(yàn)相比，150 krad(Si)總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后器件特性的退化幅度更小?？倓┝啃?yīng)與擦寫循環(huán)疊加試驗(yàn)后，器件特性的退化幅度最大，扇區(qū)擦除時(shí)間增加約10%，但總體變化幅度較小，影響有限。

圖8 NOR 型 Flash 擦寫特性退化機(jī)理示意Fig.8 NVCE degrading mechanism of the NOR Flash

3）數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)

數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)后浮柵器件的本征閾值變化較小，數(shù)據(jù)保持失效主要由浮柵存儲(chǔ)電荷量的變化量決定，造成浮柵存儲(chǔ)電荷量變化的機(jī)理主要有2種：氧化層俘獲電荷脫阱（detrapping）和應(yīng)力致漏電（SILC）[15]?？倓┝啃?yīng)對(duì)浮柵存儲(chǔ)電荷的影響表現(xiàn)為輻射導(dǎo)致浮柵存儲(chǔ)的部分電荷泄漏，此效應(yīng)也被稱為輻射致漏電（RILC）效應(yīng)，與應(yīng)力致漏電（SILC）效應(yīng)類似[16]。輻射后不刷新數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)，由于受到RILC效應(yīng)影響或輻射引入的弱編程影響[17]，使浮柵中存儲(chǔ)的電荷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致閾值電壓有較大幅度變化；而輻射試驗(yàn)后刷新數(shù)據(jù)，亦即消除RILC的影響之后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)，則閾值變化很小，這可以證實(shí)總劑量效應(yīng)引入的氧化物電荷和界面態(tài)很少，對(duì)電荷脫阱和SILC效應(yīng)的影響有限，亦即總劑量效應(yīng)對(duì)器件高溫和常溫?cái)?shù)據(jù)保持特性的影響也較小。

7 結(jié)論及建議

本文通過(guò)總劑量效應(yīng)、擦寫循環(huán)和數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)及其疊加試驗(yàn)，對(duì)電離總劑量效應(yīng)對(duì)浮柵型Flash可靠性的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：總劑量效應(yīng)對(duì)擦寫特性的影響較小，可忽略；對(duì)數(shù)據(jù)保持的影響主要體現(xiàn)在輻射會(huì)導(dǎo)致浮柵中的部分電荷泄漏，若總劑量效應(yīng)試驗(yàn)后刷新數(shù)據(jù)，即可消除該影響?？倓┝啃?yīng)試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，與動(dòng)態(tài)讀和動(dòng)態(tài)擦寫偏置相比，靜態(tài)待機(jī)偏置下擦除態(tài)閾值電壓的變化幅度更大，是總劑量效應(yīng)試驗(yàn)的最嚴(yán)格偏置條件；棋盤格圖形在幾種常見(jiàn)數(shù)據(jù)圖形中閾值電壓變化幅度最大，是最易感圖形。因而總劑量效應(yīng)試驗(yàn)偏置選用靜態(tài)待機(jī)偏置，數(shù)據(jù)圖形選用棋盤格圖形，會(huì)使試驗(yàn)篩選條件更為嚴(yán)格。

本文研究對(duì)象是浮柵型Flash存儲(chǔ)器，試驗(yàn)樣品為SLC浮柵型NOR Flash產(chǎn)品。基于相同的器件結(jié)構(gòu)、工作原理和失效機(jī)理，本文的研究結(jié)論同樣適用于MLC和TLC浮柵型NOR Flash產(chǎn)品。對(duì)于浮柵型NAND Flash，由于其與試驗(yàn)樣片的器件結(jié)構(gòu)相同，只是編程原理不同，而總劑量效應(yīng)、擦寫耐久和數(shù)據(jù)保持的失效機(jī)理相同，所以本研究結(jié)論也同樣適用于浮柵型NAND Flash。對(duì)于電荷俘獲型Flash，由于其器件結(jié)構(gòu)、工作原理和失效機(jī)理均與試驗(yàn)樣片的不同，本研究結(jié)論可能不適用，需另行研究。

在可靠性考核方面建議：因總劑量效應(yīng)試驗(yàn)對(duì)擦寫特性和數(shù)據(jù)保持特性的影響可忽略，總劑量效應(yīng)試驗(yàn)可與擦寫循環(huán)和數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)分別進(jìn)行。

在系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用方面建議：為了將輻射致電荷泄漏和應(yīng)力致電荷泄漏效應(yīng)的影響降到最低，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器可每間隔一段時(shí)間（如1年）刷新一次數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可靠性，降低出現(xiàn)故障的概率。

致謝

感謝廖少武、郝香池同志對(duì)NOR型Flash電路工作原理方面的支持，感謝王寅、康鑫、張慕威、劉劍海、趙明浩等同志在可靠性試驗(yàn)與測(cè)試方面的辛勤工作，以及劉佩同志在測(cè)試數(shù)據(jù)處理方面的工作。