数据保持能力Data retention
继续学习NAND flash中的数据保持能力Data retention这一可靠性指标。我们用原始误码率Raw bit error rate RBER来评价数据保持能力。刚写入完成的RBER来自P/E循环后的写入错误。之后,随着保持时间增长,RBER逐渐增大,错误增长的速率标志着NAND的数据保持能力。
数据保持期间产生的错误,绝大多数来自Cell的电荷损失,Cell Vt从写好的态向下级漂移。一般来说,两种机制会导致电荷损失。一是FG内的电子经过SILC流失,二是Tox中的俘获电荷释放。两者对Vt分布的影响不同。SILC导致少数Cell的Vt漂移,形成分布的尾部。且SILC依赖于Tox内场强,所以高电荷态L3更易受此作用。而俘获电荷释放机制会导致分布整体展宽,对L2/L1态的影响更大。有趣的是,俘获电荷释放也会使部分初始处于“过写入”错误的bits恢复成正常bits。
两种电荷损失机制的占比也依赖于循环和烘烤的条件。例如,在高温下做循环之后,Tox中的电荷陷阱会退火失活,表现出俘获电荷释放效应减轻。反之,在数据保持阶段用高温烘烤,则俘获电荷损失增强,因为俘获电荷的释放与温度强相关。同时,SILC的通路在高温下容易失活,表现出高温条件SILC减弱。
所以,为了优化NAND的RBER表现,需要确定产品的应用范围,如使用温度区间、循环次数、循环分布、读取频次等。依据这些条件,我们可以优化工艺和Vt设置,使RBER最小。
分布式循环测试
为了加快NAND flash的可靠性测试,我们需要建立Vt漂移与循环次数和温度的关系。这样我们用更短的等效测试条件,就可以推出待测可靠性参数。
例如,Cell是写入状态,经过循环压力后,Vt负向漂移,之后循环造成的损伤会自发修复,导致Vt部分回复。所以如果循环阶段,P/E循环之间的间隔增长或温度提高,都使自发修复变多,后期Vt漂移减小。研究这一现象的测试流程如下,首先P/E循环阶段,间隔为t_wait,之后数据保持阶段,记录Vt变化,读取间隔对数增加。
相对应,一个更短的等价的测试流程如下,首先是快速的P/E循环阶段,接着经历自发修复时长A*t_cycle,常数A需要由实验确定。实际修复时长与温度相关:
t^*_{cyc}=t_{cyc}\cdot \exp(E_A(1/kT_B-1/kT_{cyc}))数据保持阶段的Vt变化,由恢复条件决定:
|\DeltaV_t|=\alpha\ln(1+t_B/(t_0+At^*_{cyc}))=\alpha \ln(1+t_B/t^*_B)显然,t_cyc越长,T_cyc越高,则Vt回复越少。
根据上面的趋势表达式,我们很容易从实验结果拟合出相应的Arrhenius参数,为提取关键物理信息提供了依据。