利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，选取未注入过电荷的SONOS存储器，改变源漏电压VDS的大小，测量不同VDS下的阈值电压VTH，得到VTH随VDS变化的分布；通过低压电荷注入过程将单电荷注入到SONOS存储器的氮化物存储层中；注入单电荷的SONOS存储器，得到VTH在VDS>0时随VDS的分布；利用DIBL效应得到由于单电荷注入导致的阈值电压变化ΔVTH与沟道位置X的高斯分布函数；统计出不同沟道位置X处高斯分布的强度A和半峰宽W；测量待测SONOS存储器由于存储电荷引起的阈值电压变化；利用单电子信息，转化为采样点Xi处单电子注入引起的阈值电压变化的函数之和。最终得到存储层中电荷沿沟道方向分布。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，选取未注入过电荷的SONOS存储器，改变源漏电压VDS的大小，测量不同VDS下的阈值电压VTH，得到VTH随VDS变化的分布；通过低压电荷注入过程将单电荷注入到SONOS存储器的氮化物存储层中；注入单电荷的SONOS存储器，得到VTH在VDS>0时随VDS的分布；利用DIBL效应得到由于单电荷注入导致的阈值电压变化ΔVTH与沟道位置X的高斯分布函数；统计出不同沟道位置X处高斯分布的强度A和半峰宽W；测量待测SONOS存储器由于存储电荷引起的阈值电压变化；利用单电子信息，转化为采样点Xi处单电子注入引起的阈值电压变化的函数之和。最终得到存储层中电荷沿沟道方向分布。【专利说明】利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法
本专利技术涉及SONOS存储器中存储电荷分布的测量方法，尤其是利用单电荷技术测量纳米尺寸下SONOS存储器中局域电荷在存储层中沿沟道方向的分布。
技术介绍
如今，非挥发性存储器(flash)广泛的应用于数码相机、移动电话和笔记本电脑等各类电子产品中。高容量、低成本的flash存储器已经成为市场的迫切需求。传统flash存储器采用多晶硅薄膜浮栅结构，其局限主要与器件隧穿介质层的厚度有关:一方面要求隧穿介质层比较薄，以实现快速有效的P/E操作，另一方面要求具10年以上的数据保持性能。SONOS(Poly-Si/Si02/Si3N4/Si02/Si)结构的非挥发性存储器是以Si3N4层中的电荷陷阱作为电荷存储介质，在一定程度上减小了隧穿介质层的厚度。采用一种改进的NOR架构实现高密度的存储阵列。这种SONOS存储器单元可以利用沟道热电子注入编程机制与带-带隧穿热空穴注入擦除机制，将电荷局部存储在源/漏结上方的存储层中，实现了每单元多位和多值存储，具有高存储密度，低成本和快速随机读取等优点。但是，随着器件尺寸的缩小，编程过程中注入的电子和擦除过程中注入的空穴范围不匹配，导致电子不能完全被擦除，从而使器件耐受性严重退化。解决这一问题首先要利用相关技术表征电荷和界面态分布。传统的电荷分布和界面态表征技术有以下几种。最常用的是电荷泵电流技术。在栅加幅值递增的梯形CP脉冲，衬底接地，源极和漏极一端浮空，另一端测量电流`I『在脉冲电压的作用下，器件在积累状态和反型状态之间转换。由积累状态转换到反型状态时，界面态被来自衬底的反型层电子填满；由反型状态转换回积累状态时，界面态俘获的电子流向源极或漏极，形成1。5。1。5是由栅极边缘到沟道中的X位置之间的有效区域内的界面态贡献。由于Ic5和有效区域长度呈线性关系，因此可以得到Ic5与沟道位置X的对应关系。当存储层俘获电荷变化，会引起Iep-Vh曲线局部偏移，因此通过SONOS存储器操作前后Iep-Vh的变化分析储层电荷横向分布。同一个Ict下操作前后的Vh变化量Λ Vh乘以氧化层电容Cra得到电荷量Q，电荷量Q即为该Ic5对应的沟道位置X上方存储层中的电荷。该方法要求原始器件中，界面态均匀分布；而且没有考虑到短沟道所带来的的影响。基于以上的局限性，电荷泵方法并不能精确表征小尺寸SONOS存储器中存储层电荷的横向分布。此外还有亚阈值斜率表征技术。用三角近似的耗尽区来考虑电荷共享效应。从而得到栅极电压与表面势的关系。将亚阈值斜率表示为界面态等效电容的函数。测量亚阈值电流和亚阈值电压即可表征俘获电子的横向分布。随着工艺尺寸的缩小，亚阈值斜率表征所建立的等效模型逐渐失效，而且亚阈值电流和亚阈值电压随器件尺寸缩小所变得难以测量。器件尺寸减小造成的SONOS存储器耐受性退化愈发严重。寻找一种可以精确探测到小尺寸SONOS存储器电荷分布情况探测方法称为当务之急。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对SONOS存储器，提出一种利用单电荷技术定量表征存储器中的电荷分布。利用单个电荷在氮化物存储层中对阈值电压影响的特征，表征出任意存储情况下存储电荷的横向分布情况。本专利技术的技术方案:利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，其特征为如下步骤:S1:选取一个未注入过电荷的SONOS存储器，改变源漏电压Vds的大小，测量不同Vds下的阈值电压VTH，得到Vth随Vds变化的分布；S2:通过低压电荷注入过程将单电荷注入到SONOS存储器的氮化物存储层中；在此过程中通过观察亚阈值电流或线性区漏电流Id的瞬态变化；单电荷注入引起的漏电流变化AIe由以下公式求得。【权利要求】1.利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，其特征为如下步骤: 51:选取一个未注入过电荷的SONOS存储器，改变源漏电压Vds的大小，测量不同Vds下的阈值电压VTH，得到Vth随Vds变化的分布； 52:通过低压电荷注入过程将单电荷注入到SONOS存储器的氮化物存储层中；在此过程中通过观察亚阈值电流或线性区漏电流Id的瞬态变化； 单电荷注入引起的漏电流变化由以下公式求得 2.根据权利要求1中所述的利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，其特征是S2)中，采用了低压电荷注入过程；低压电荷注入包括:低压沟道热电子注入(Channel Hot Electron Injection, CHEI)方法注入电子、低压带-带隧穿(Band-to-BandTunneling，BTBT)方法注入空穴、低压FN隧穿方法注入电子或空穴；根据需要选择其中一种低压电荷注入方式。3.根据权利要求1中所述的利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，其特征是S2)中，每次注入过程结束之后，观察漏极电流Id变化。改变栅极、漏极和源极电压，使器件工作在线性区，读取漏极电流Id;单电荷注入引起的阈值电压改变漏电流的变化量△、可以通过公式计算得到；代入单个电荷的电量以及SONOS存储器的参数，能计算出单电子注入引起的Id变化；观察Id变化:若Id无明显变化，表明之前的低压电荷注入过程内没有电子注入；若Id的变化远大于Λ Ie，表明之前的一个低压电荷注入过程注入了多个电荷；若Id的变化接近Λ Ie，表明之前的低压电荷注入过程中有且只有一个电子注入存储层；在此过程中，噪声影响远小于△ Ie ;因此能准确地判断之前的一个低压电荷注入过程是单电荷注入。4.根据权利要求1中所述的利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，其特征是S3)中每得到一次单电子注入状态，测量阈值Vth与Vds之间的关系。先将源极接地，漏极电压由0.05V逐渐升高到IV，每变化0.05V测量一次阈值电压，得到一组Vth在VDS>0时的分布Vth(Vds);再将漏极接地，源极电压由0.05V逐渐升高到IV，每变化0.05V测量一次阈值电压；得到Vth在VDS〈0时的分布Vth(Vds);将它们整合得到Vth随Vds变化的分布Vth (Vds)。5.根据权利要求1中所述的`利用单电荷技术测量SONOS存储器中局域电荷分布的方法，其特征是步骤5)利用DIBL效应将AVth随Vds的分布，转换为AVth随X的分布。在DIBL效应下，沟道表面势垒的峰值位置会随着Vds变化；当表面势的峰运动到注入电荷下端时，电荷对势本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：纪小丽，朱颖杰，廖轶明，圣迎晓，闫锋，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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