Abstract:

In der Automobilindustrie sind nicht flüchtige Speicher NVM (Non volatile Memory)ein wichtiger Bestandteil der Automobilelektronik und werden zur dauerhaften Abspeicherung von Kalibrierdaten und Software benötigt. Hieraus resultieren hohe Anforderungen an den Datenerhalt und die Zykelfestigkeit beim Programmieren und Löschen. Beide Eigenschaften hängen eng mit der Oxidqualität zusammen und können bisher nur in zeitintensiven Messungen bestimmt werden, sodass auf Wafer-Ebene nur exemplarische Messungen praktikabel sind. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines zeitraffenden Testverfahrens zur Bestimmung der Zykelfestigkeit und der Oxidqualität von EEPROM, um Testzeit und Testkosten signifikant zu senken. Da die Zykelfestigkeit von Speicherzellen durch Defekte und Oxidladungen im Siliziumdioxid limitiert ist, basiert das entwickelte Testkonzept auf der Messung und Modellierung des Ladungseinbaues. Durch Untersuchungen zum Ladungseinbau konnte gezeigt werden, dass die Oxiddegradation von Speicherzellen und MOS-Kapazitäten über eine lineare Korrelation zusammenhängen. Hierzu wurde das Tunneloxid der Speicherzelle unter gepulstem (dynamischem) Spannungsstress degradiert, wohingegen die Oxide der MOS-Kapazitäten konstantem (statischem) Spannungsstress ausgesetzt wurden. Durch eine geeignete Modellierung ließ sich die gefundene lineare Korrelation begründen. Dieser Zusammenhang ermöglicht erstmals eine indirekt Bestimmung des Ladungseinbaues von EEPROM über statisch gestresste MOS-Kapazitäten. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse konnte ein Testverfahren entwickelt werden, mit dem EEPROM-Eigenschaften bis zu 100-mal schneller evaluiert werden können als über eine direkte Messung an Speicherzellen. Die Testergebnisse ermöglichen eine genaue Beurteilung der Datenwechselstabilität und weichen weniger als 5 % von den direkten Messungen am Bauteil ab. Über die extrahierten Modellparameter lässt sich die Oxiddegradation und der Degradationsmechanismus in den Speicherzellen bewerten. Die Entwicklung des Testverfahrens umfasst folgende Positionen: (1) Die Modellierung der Programmier- und Löschdynamik in Abhängigkeit von Layout und Prozessparametern sowie elektrischen Parametern. (2) Die Untersuchung des Ladungseinbaues mit verschiedenen Methoden, um die Oxidalterung in Speicherzellen und Teststruktur zu modellieren und zu vergleichen. Hierbei steht der funktionale Zusammenhang zwischen Oxidladung und Ladungsdurchfluss im Mittelpunkt der Untersuchungen. (3) Die Entwicklung eines rechnerischen Verfahrens zur Simulation der Datenwechselstabilität mithilfe von schnellen Stressmessungen.