最先进的平面NAND工艺可以达到1Xnm水平,然而,20nm结点以下我们就很难实现高性能和高可靠性的存储。在这个尺度继续微缩Cell尺寸,我们会遇到一系列物理现象,严重影响NAND flash的操作裕量。我们接下来学习几个主要的物理参数和限制的物理现象。
首先我们列出每代Cell结点微缩的尺寸,BL微缩因子x0.85,WLx0.8,Wx0.9,IPD的厚度x0.95。
读取窗口裕量Read Window Margin (RWM)
前面我们提到过,在Cell微缩过程中,最关切的因素是RWM,从图中我们可以回忆起RWM的定义。RWM由写入和擦除状态的Vt分布展宽决定,主要影响的物理过程为FG-FG耦合干扰,其次还有EIS、BPD、RTN等。
根据理论计算和实验结果,我们可以预测出各种物理现象减少RWM的程度。很明显,FG-FG耦合是最主要的因素,且随Cell微缩变强。在1X以下,量子涨落开始明显,RTN和EIS现象增强。
在引入空气间隙AG后,FG耦合影响缓解。根据预测,如果AG将FG耦合作用减轻60%,则有望将结点推进到1Z以下,保持足够的Vt window。
这里,我们还发现,对RWM影响更大的一侧,是擦除状态的展宽。首先,擦除状态E与周围Cell的Vt差值最大;其次,所有相邻Cell的写入操作都会干扰E态;此外,写入操作没有对E态分布收紧的步骤。下图计算结果预测,对E态右边缘影响最大的因素是Y方向的FG-FG耦合。
针对E态的展宽,我们可以将擦除深度增大,如初始擦除E态从-2V到-4V。此方法的缺点是,需要更强的擦除电压,因此牺牲了可靠性。且因为写入的Vt移动量更大,所以也会使写入状态的分布稍微展宽。综合来说,深擦除方法可以在一定程度上拓宽RWM。