单元电容电阻图及其等效电路 - 分离栅极闪存循环擦写引起退化分量剖析

　　其中，FTV为EG-FG电压差，FGVt为原生FG阈值电压，φ0为读取条件下“超出”FG Vt的FG电势（达到特定读取电流的必要条件）；CR为EG-FG电容耦合系数。从（1）可以看出，隧穿电压FTV或FGVt的增大对Verase具有类 似的作用。上述两个擦除退化分量的相对贡献取决于许多因素，包括单元的工作和循环擦写条件、单元的几何形状和工艺过程的参数等。了解主要退化机制对于优化 单元工艺和工作条件非常重要，目的是增加SuperFlash的耐擦写次数。

　　

　　图5 单元的电容-电阻图及其等效电路

　　

　　图6 FG电压和EG电压、EG-FG电压差以及流经电阻R的电流的时序图，对应于公式（2）-（4）

　　方法说明

　　要分离FG氧化层和隧道氧化层退化对观察到的擦除速度下降情况的影响，需要一个工具来探测循环擦写引起的原生FG Vt的变化，而不是直接测量浮置栅极。如上所示，Vtp或Vte过程中包含多个分量，无法用于得出关于FG Vt变化的可靠结论。早期提出了一种利用经UV照射后的单元的中性状态来监视FG沟道退化状态的方法［6］，但这种方法并非始终适用于采用致密金属布局的现代化大规模FG单元；UV擦除还需要特殊的晶圆生产工艺，并可能导致一些电子逃逸，从而影响测量结果。我们提出一种新的快速、非破坏性的电气方法，这种方法基于隧穿电流稳定性在向擦除栅极施加线性斜坡电压时的作用［7，8］。

　　

　　图7 （a） VEG线性斜坡期间的EG电压和FG电压图；（b） VEG正向变化（曲线1）和反向变化（曲线2）期间测量的单元电流。曲线3显示了在直接接触FG的单元上测量的Id-VFG参考特性（来自［3］）。在A-B和C-D区域中，EG-FG电压差小于对应的隧穿电压，FG电势由EG-FG静电耦合控制。

　　图5显示了SuperFlash单元的简化R-C图及其等效电路。其中，C1为EG-FG电容，C2为总FG电容与CFG-EG的差值，R为有效隧穿电阻。VEG线性斜坡（VEG=αt）和欧姆电阻R组成的等效电路中的瞬变具有简单的闭环解决方案：

　　

　　隧穿电流IR和EG-FG电压差均达到其稳定值（分别为αC2和αRC2），时间常量为R（C1+C2），请参见图6。对于隧穿I-V特性曲线为任意形状的实际FG单元，稳定后的隧穿电流值相同（αC2），稳定后的VEG-VFG之差对应于隧穿I-V曲线中的某个点。这种情况下的时间常量由隧穿I-V特性的差分电阻定义。