不规则过度写入(Erratic over-program)
在写入操作中,有些Cell的Vt会过大,在Vt分布的右侧出现尾部,这部分存储了过量电子的Cell即发生了不规则过度写入。对于MLC,低Vt态的过写入,会导致单个Bit错误。但最糟的情况是最高态,如果Vt漂移超过V_pass,则整条String上的Cell都会失效,因为该Cell在所有读操作中始终关闭。
多度写入的原因是写入电流的异常增大,物理机制是Tox中的缺陷降低了FN势垒,导致隧穿电流过大。
实验上,我们发现随着CG施加电压的增加,SILC电流会在特定电压下突然增加,但此时并没有达到新的空穴生成所需电场强度,缺陷实际上还是中性状态。然而,Tox中已有空穴在电场作用下发生移动,使得中性缺陷的势垒降低,进而影响整个FN势垒,导致电子隧穿突然增强。
不规则过度写入会随P/E循环次数增加而变差。它也与产品的工艺,写入/擦除操作条件有关。
负向Vt漂移现象 Negative Vt shift phenomenon
SA-STI结构中,一项非常重要的参数是场氧化高度Field oxide height(FH),定义为从沟道Si到STI顶部的距离。FH越小,CG对FG的包裹面积越大,因此耦合系数更高。另一方面,CG的屏蔽作用也能减轻FG-FG在WL方向的耦合干扰。因此,从器件性能上说,我们希望FH越小越好。但是,FH太小,CG离沟道太近,会导致强场效应,影响Cell的可靠性甚至性能。
其中一种强场效应是负向Vt漂移现象。之前在写入干扰部分提到,由于FG-FG耦合,相邻Cell写入后,受害Cell的Vt也抬高,且攻击Cell的Vt越高,受害Cell的Vt也越高。但在同一WL上的相邻Cell,会出现反常,当攻击Cell Vt很高时,受害Cell的Vt反而开始下降,即反向Vt漂移。
反向Vt漂移与FH之间有密切关系,FH越小,则反向Vt漂移越严重。
负向Vt漂移的物理机制,来自于沟道热载流子直接注入到CG。如下面示意图,在写入操作中,沟道与CG之间存在强电场,驱动热电子注入CG。热电子通过电离激发出热空穴,这些热空穴继续注入到STI上的IPD,部分进入相邻的FG中,导致受害Cell Vt发生反向漂移。
反向Vt漂移使分布展宽,影响NAND的RWM。随着Cell微缩,CG到沟道的距离减小,反向Vt漂移在2x-nm结点会成为限制因素。