漏電流和寄生電容引起的DRAM故障識別-互連技術-電子元件技術網

你的位置：首頁 > 互連技術 > 正文

漏電流和寄生電容引起的DRAM故障識別

發布時間：2020-04-08 責任編輯：lina

【導讀】從20nm技術節點開始，漏電流一直都是動態隨機存取存儲器(DRAM)設計中引起器件故障的主要原因。即使底層器件未出現明顯的結構異常，DRAM設計中漏電流造成的問題也會導致可靠性下降。漏電流已成為DRAM器件設計中至關重要的一個考慮因素。

從20nm技術節點開始，漏電流一直都是動態隨機存取存儲器(DRAM)設計中引起器件故障的主要原因。即使底層器件未出現明顯的結構異常，DRAM設計中漏電流造成的問題也會導致可靠性下降。漏電流已成為DRAM器件設計中至關重要的一個考慮因素。

漏電流和寄生電容引起的DRAM故障識別

圖1. (a) DRAM存儲單元；(b)單元晶體管中的柵誘導漏極泄漏電流 (GIDL)；(c)位線接觸 (BLC) 與存儲節點接觸 (SNC) 之間的電介質泄漏；(d) DRAM電容處的電介質泄漏。

DRAM存儲單元（圖1 (a)）在電源關閉時會丟失已存儲的數據，因此必須不斷刷新。存儲單元在數據丟失前可存儲數據的時間, 即保留時間，是DRAM的一個關鍵特性，保留時間的長短會受到漏電流的限製。

有兩種重要的漏電機製會影響DRAM的數據保留時間。第一種是單元晶體管漏電。DRAM中的單元晶體管漏電主要由於柵誘導漏極泄漏電流(GIDL)（圖1 (b)），它是由漏結處高電場效應引起的漏電流。在負柵偏置下，柵極會產生一個耗盡區（N+漏極區），該耗盡區進而在區域中產生一個增強電場，這個電場造成的能帶彎曲則導致了帶間隧穿(BTBT)。此時，在柵極移動的電子和少數載流子可以穿過隧道進入漏極，從而產生不必要的漏電流。

DRAM中的第二種漏電機製是位線接觸 (BLC) 與存儲節點接觸 (SNC) 之間的電介質泄漏（圖1 (c)）。電介質泄漏通常發生在電容內部，此時電子流過金屬和介電區域（圖1 (d)）。當電子通過電介質層從一個電極隧穿到另一個電極時，便會引起電介質泄漏。隨著工藝節點的縮小，BLC和SNC之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)也(ye)在(zai)逐(zhu)漸(jian)縮(suo)短(duan)，因(yin)此(ci)，這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)正(zheng)在(zai)變(bian)得(de)愈(yu)發(fa)嚴(yan)重(zhong)。這(zhe)些(xie)結(jie)構(gou)元(yuan)件(jian)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)偏(pian)差(cha)也(ye)會(hui)對(dui)位(wei)線(xian)接(jie)觸(chu)和(he)存(cun)儲(chu)節(jie)點(dian)接(jie)觸(chu)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)介(jie)質(zhi)泄(xie)漏(lou)產(chan)生(sheng)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。

虛擬製造平台SEMulator3D®可使用設計和工藝流數據來構建DRAM器件的3D模型。完成器件的“虛擬”製造之後，用戶可通過SEMulator3D查看器從任意方向觀察漏電路徑，並且可以計算推導出總的漏電值。這一功能對了解工藝變化對DRAM漏電流的影響大有幫助。SEMulator3D中的漂移/擴散求解器能提供電流-電壓 (IV) 分析，包括GIDL和結點漏電計算，以實現一體化設計技術的協同優化。用戶還可以通過改變設計結構、摻雜濃度和偏置強度，來查看漏電值的變化。

漏電流和寄生電容引起的DRAM故障識別

圖2. (a)在不同漏極電壓下，柵極電壓和漏極電流的變化曲線；(b)在不同柵極氧化層厚度 (+/-1nm) 下，柵極電壓和漏極電流的變化曲線。

圖2表明GIDL會隨著柵極氧化層厚度的變化而增加。柵極氧化層越薄，建模器件的柵極與漏極之間的電勢越高。

漏電流和寄生電容引起的DRAM故障識別

圖3. (a)和(b)帶BLC殘留和不帶BLC殘留結構中BLC和SNC之間的漏電流；(c)電壓掃描下總漏電流的變化。

圖3顯示了SEMulator3D中的電介質泄漏路徑以及位線接觸和存儲節點接觸之間的總電流差，突出了刻蝕工藝過程中BLC的製造偏差帶來的影響。如圖3 (c)所示，由於工藝偏差的影響，帶BLC殘留結構的總漏電流高於不帶BLC殘留結構的總漏電流。

漏電流和寄生電容引起的DRAM故障識別

圖4. (a) DRAM電容Z平麵截麵圖像及電介質泄漏路徑；(b)電容X平麵界麵圖像及電介質泄漏路徑；(c)總漏電流與偏置強度的變化曲線。

圖4所示為DRAM電容的電介質泄漏的例子。圖4 (a)和4 (b)分別是DRAM的Z平麵和X平麵截麵圖，以及在SEMulator3D器件模型中觀察到的電介質泄漏路徑在這兩個平麵上的投影。圖4 (c)顯示了位於底層 (BTM) 電極的漏電流隨著外加的偏置而變化。

漏電流和寄生電容引起的DRAM故障識別

圖5. (a) DRAM單元的摻雜濃度視圖，顯示了將交流信號施加到字線WL2時，字線WL2和其他節點處的電容類型（和預期位置）；(b)字線WL2和器件上其他節點之間的電容計算值。

影響DRAM性能的另一個重要因素是器件的寄生電容。DRAM開發期間應進行交流(AC)分析，因為位線耦合會導致寫恢複時間(tWR)延yan遲chi，並bing產chan生sheng其qi他ta性xing能neng故gu障zhang。由you於yu摻chan雜za的de多duo晶jing矽gui不bu僅jin用yong於yu晶jing體ti管guan柵zha極ji，還hai用yong於yu位wei線xian接jie觸chu和he存cun儲chu節jie點dian接jie觸chu，這zhe會hui導dao致zhi多duo個ge潛qian在zai的de寄ji生sheng電dian容rong產chan生sheng（見圖5 (a)），所以必須對整個器件進行電容測量。SEMulator3D內置AC分析功能，可測量複雜的模擬3D結構的寄生電容值。例如，通過模擬將交流小信號施加到字線WL2，SEMulator3D可以獲取全新設計的DRAM結構中字線WL2與其它所有節點之間的電容值，以及它們隨著電壓變化而變化的曲線（圖5 (b)）。

總而言之，多種來源的漏電流和寄生電容會引起DRAM的故障。在DRAM開(kai)發(fa)期(qi)間(jian)，工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)仔(zai)細(xi)評(ping)估(gu)這(zhe)些(xie)故(gu)障(zhang)模(mo)式(shi)，當(dang)然(ran)也(ye)應(ying)該(gai)考(kao)慮(lv)工(gong)藝(yi)變(bian)化(hua)對(dui)漏(lou)電(dian)流(liu)和(he)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)預(yu)期(qi)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)和(he)工(gong)藝(yi)變(bian)化(hua)來(lai)“虛擬”構建3D器件，然後分析不同工藝條件下的寄生和晶體管效應，可以簡化DRAM的下一代尋徑過程。SEMulator3D集成了3D工藝模型、R/C分析和器件分析功能，可以快速地驗證DRAM器件結構在不同工藝假設下是否容易發生漏電流或寄生電容故障。

Reference

1. M. T. Bohr, “Nanotechnology Goals and Challenges for Electronic Applications,” IEEE Trans. on Nanotechnology, 1, 1, 56-62 (2002)

2. J. H. Chen, S. C. Wong, Y. H. Wang, “An analytical three terminal Band-to-Band tunneling model on GIDL in MOSFET,” IEEE Trans. on Electron devices, 48, 1400-1405 (2001)

(來源：電子創新網，作者：Tae Yeon Oh, 泛林集團半導體工藝及整合高級工程師）

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：
影響毫米波電路的幾個關鍵問題：設計傳輸線、選擇PCB板、性能優化
AHTE 2020新展商預告—舍弗勒、上銀、大恒圖像、邁征自動化等多家企業助力智能化裝配
AHTE 2020 汽車零部件裝配行業引領技術新風向
連載一：EMC中的基石-濾波知識大全
紅外ToF技術對接近感應傳感器的性能及可靠性有大幅提升作用

要采購晶體麼，點這裏了解一下價格!

上一篇：使用0級數字隔離器解決高溫隔離設計難題

下一篇：貿澤發布全新技術文章：介紹ADI和Coilcraft節省空間的工業解決方案

特別推薦

技術文章更多>>

技術白皮書下載更多>>

熱門搜索

友情鏈接(QQ：317243736)

我愛方案網 ICGOO元器件商城創芯在線檢測芯片查詢天天IC網電子產品世界無線通信模塊控製工程網電子開發網電子技術應用與非網世紀電源網 21ic電子技術資料下載電源網電子發燒友網中電網中國工業電器網連接器礦山設備網工博士智慧農業工業路由器天工網乾坤芯電子元器件采購網亞馬遜KOL 聚合物鋰電池工業自動化設備企業查詢工業路由器元器件商城連接器 USB中文網今日招標網塑料機械網農業機械中國IT產經新聞網高低溫試驗箱

關閉

關閉