分離柵極閃存循環(huán)擦寫(xiě)引起退化分量剖析

隧穿電流IR和EG-FG電壓差均達到其穩定值(分別為αC2和αRC2)，時(shí)間常量為R(C1+C2)，請參見(jiàn)圖6。對于隧穿I-V特性曲線(xiàn)為任意形狀的實(shí)際FG單元，穩定后的隧穿電流值相同(αC2)，穩定后的VEG-VFG之差對應于隧穿I-V曲線(xiàn)中的某個(gè)點(diǎn)。這種情況下的時(shí)間常量由隧穿I-V 特性的差分電阻定義。

圖7(a)顯示了使用非歐姆隧道電阻時(shí)施加的EG電壓和FG電勢的時(shí)序圖。為監視VEG變化期間FG電勢的變化情況，WL溝道需保持開(kāi)路(3V)，并向漏極施加一個(gè)較小的正向偏置電壓(見(jiàn)圖7(a)中的插圖)。起點(diǎn)為單元的已編程狀態(tài)(A點(diǎn)，FG負電勢)

圖8 不同VEG擺幅下測量的FTV-RTV遲滯回路。曲線(xiàn)1(±10V)，曲線(xiàn)2(±11V)。曲線(xiàn)6(±15V)。箭頭指示EG電壓斜升的方向。曲線(xiàn)1說(shuō)明了相對較淺擦除狀態(tài)作為起點(diǎn)時(shí)的情況：隧穿開(kāi)始前，FG溝道由EG-FG電容耦合關(guān)斷。

在A(yíng)-B間隔內，FG電勢因EG-FG電容耦合而增加，即，它以低于EG電壓的速率增大;這樣便產(chǎn)生了EG-FG電壓差。一旦此壓降增大至足以啟動(dòng) FG至EG(B點(diǎn))的電子隧穿，EG-FG電壓差和隧穿電流都將保持穩定。VEG反向變化期間也會(huì )出現類(lèi)似效果。VEG線(xiàn)性斜坡期間，當隧穿電流保持穩定時(shí)，EG-FG電壓差也會(huì )處于穩定狀態(tài)，這樣，FG電勢便會(huì )直接跟隨施加的EG電壓并帶有一些偏移量。當VEG為正時(shí)，FG電勢等于正向隧穿電壓(FTV);當VEG為負時(shí)，FG電勢等于反向隧穿電壓(RTV)(圖7(b))。在穩定隧穿狀態(tài)下，由于EG電壓的任何增量都會(huì )直接傳遞給FG電勢的變化，因此測量的Id-VEG曲線(xiàn)的形狀與Id-VFG特性曲線(xiàn)的形狀相同，此特性曲線(xiàn)可在直接接觸浮置柵極的單元上測量(圖7(b)中的曲線(xiàn)3)。

我們最初使用上述方法來(lái)研究SuperFlash 單元中正向和反向EG-FG隧穿的不對稱(chēng)性[3]。FTV-RTV不對稱(chēng)性(FTV 《 RTV)表示擦除期間在FG尖端發(fā)生電子隧穿。反向隧穿很可能發(fā)生在不同位置，因為FG尖端附近EG處的電場(chǎng)弱于FG-EG側壁處的電場(chǎng)。由于隧道氧化層中的各區域(正向隧穿和反向隧穿期間會(huì )在其中發(fā)生電子轉移)不同，因此常規燒寫(xiě)-擦除循環(huán)后的FTV往往會(huì )因隧道氧化層中發(fā)生的電子俘獲而增大，而RTV 則保持相對不變。如果VEG的范圍寬到足以確保在VEG三角形范圍的極點(diǎn)處進(jìn)行單元深度擦除和燒寫(xiě)，則Id-VEG遲滯回路正向側和反向側的X軸位置對 FG上的初始電荷量不敏感(圖8)，并且僅由FTV/RTV和FG Vt值定義。當因FG氧化層中發(fā)生燒寫(xiě)引起的電子俘獲而使FG Vt增大時(shí)，回路兩側均會(huì )右移相同電壓?；芈酚覀?FTV)也會(huì )因隧道氧化層中的電子俘獲而移向更高的電壓。

圖9 循環(huán)擦寫(xiě)后FTV-RTV遲滯回路偏移示例：(a) 未優(yōu)化的編程條件，FG溝道顯著(zhù)退化;(b) 優(yōu)化了工藝和工作條件，FG溝道和隧道氧化層略微退化;(c) 以VEG=±12V進(jìn)行循環(huán)擦寫(xiě)，無(wú)溝道退化，因此，假設RTV不隨循環(huán)擦寫(xiě)變化，循環(huán)擦寫(xiě)引起的反向特性正移(圖7(b)中的曲線(xiàn)2)表示第一個(gè)退化分量(FG氧化層Vt增大)，而正向側的偏移(圖7(b)中的曲線(xiàn)1)表示FG氧化層和隧道氧化層退化的聯(lián)合作用。

實(shí)驗數據和討論

前幾代SuperFlash技術(shù)依靠源極-FG電容耦合來(lái)提供必要的高FG電勢，從而實(shí)現高燒寫(xiě)效率[1]。如果燒寫(xiě)期間的SL電壓較高(8V- 10V)，則熱電子會(huì )引起FG氧化層發(fā)生顯著(zhù)退化。在第3代SuperFlash單元中，由于存在額外的耦合柵極(CG)，因此可將編程期間的SL電壓降至4V-5V，從而明顯減少編程引起的FG氧化層退化。通常，我們在隧道氧化層中觀(guān)察到的電子俘獲是循環(huán)擦寫(xiě)引起的擦除退化的主要因素，FG氧化層退化只起到很小的作用。如果FG氧化層發(fā)生明顯退化，則可能表示FG氧化層的質(zhì)量欠佳或未采用優(yōu)化的燒寫(xiě)條件。圖9給出了循環(huán)擦寫(xiě)前和循環(huán)擦寫(xiě)后FTV-RTV 遲滯回路在不同退化分量比率下的示例。圖9(a)顯示了采用未優(yōu)化編程條件(導致FG溝道發(fā)生顯著(zhù)退化)時(shí)的效果，這一因素占總擦除性能退化的30%。圖 9(b)給出了FG溝道略微退化的示例，FG Vt的變化約為0.1V。圖9(c)說(shuō)明了使用EG-FG正向和反向隧穿時(shí)單元的循環(huán)擦寫(xiě)情況。在這種情況下，FG氧化層不退化，遲滯回路偏移的原因是循環(huán)擦寫(xiě)引起FTV和RTV值增加。

總結

我們提出了一種簡(jiǎn)單快速的方法來(lái)分析SuperFlash分離柵極存儲單元中循環(huán)擦寫(xiě)引起的退化分量。本方法基于隧穿電流穩定性在向擦除柵極施加線(xiàn)性斜坡電壓時(shí)的作用。通過(guò)這種方法，可以快速分離FG溝道和隧道氧化層退化對單元擦除性能總體退化的影響。了解退化分量的絕對影響和相對影響有助于確定限制 SuperFlash耐擦寫(xiě)次數的最關(guān)鍵因素，進(jìn)而對單元工藝和/或工作條件做出相應的優(yōu)化。