SuperFlash®技術基于分離柵極概念，廣泛用于獨立和嵌入式NOR閃存產品。與其他競爭解決方案相比，SuperFlash的主要優勢包括：因采用較厚的隧道電介質層而具有卓越的可靠性、不存在過擦除問題并且設計簡潔。與其他基于浮置柵極(FG)的存儲器類似，SuperFlash的耐燒寫-擦除次數受燒寫和擦除期間電介質層中電子俘獲引起的工作窗口關閉的限制。在SuperFlash單元中，擦除和燒寫期間會在隧道氧化層和FG氧化層這兩個不同的物理位置發生電子轉移。這兩個區域中俘獲的電子會使單元工作窗口在燒寫-擦除周期后縮短。了解這兩個退化分量的相對貢獻對于優化單元的技術和工作條件極其重要。我們提出了一種簡單快速的方法，能夠分離出SuperFlash單元中循環擦寫引起的退化分量。

圖1 第3代SuperFlash存儲單元的結構和典型工作條件。圖中給出了兩個共用源極和擦除柵極的單元。圖中用箭頭指示燒寫(單元1)和擦除(單元2)期間的電子轉移情況。WL為字線(選擇柵極)，CG為耦合柵極，EG為擦除柵極，FG為浮置柵極。

SuperFlash單元中循環擦寫引起的退化分量

圖1給出了第3代SuperFlash單元[3]的結構和典型工作條件。此單元使用源極側的熱電子注入進行燒寫，使用針尖增強的多晶硅到多晶硅電子隧穿進行擦除。通常，SuperFlash單元的耐擦寫次數受擦除側工作窗口關閉的限制[4]，表現為已擦除狀態下單元閾值電壓Vte的增大(圖2)。本技術中未觀察到與單元相關、循環擦寫引起的燒寫故障：單元在已燒寫狀態下的Vt(Vtp)保持相對不變，或隨循環擦寫次數而略微增大。圖3給出了主要的循環擦寫引發機制，它們負責確定單元“0”-“1”工作窗口的行為。

圖2 已擦除狀態下單元閾值電壓(Vte)和已燒寫狀態下單元閾值電壓(Vtp)的循環擦寫過程示例

圖3 循環擦寫引發機制對單元工作窗口的影響

在燒寫-擦除循環期間，一些電子被俘獲到FG下面的氧化層(FG氧化層)和隧道氧化層中。圖3的插圖中分別用1和2標出了電子俘獲區域的位置。擦除期間隧道氧化層(位置1)中俘獲的電子會增加后續隧穿的位壘并降低隧穿效率，這將導致單元的Vte增大[5]。燒寫期間FG氧化層(位置2)中俘獲的電子對單元的工作窗口具有雙重影響。首先，它會使FG“原生Vt”增大，進而使單元的Vte和Vtp都增大。其次，它會降低燒寫效率，從而導致Vtp減小。因此，這兩種循環擦寫引起的電子俘獲分量均會導致Vte退化(增大)，而Vtp過程則受兩個作用相反的機制影響。在擦除電壓范圍內，燒寫-擦除循環導致擦除期間的EG電壓(Verase)增大，這是達到特定讀取電流值的必要條件，相關示例請參見圖4。擦除期間，隧穿電流為常量，Verase等于

圖4 循環擦寫前和循環擦寫后單元的讀取電流與擦除電壓的關系(累積擦除和固定擦除時間)示例

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其中，FTV為EG-FG電壓差，FGVt為原生FG閾值電壓，φ0為讀取條件下“超出”FG Vt的FG電勢(達到特定讀取電流的必要條件);CR為EG-FG電容耦合系數。從(1)可以看出，隧穿電壓FTV或FGVt的增大對Verase具有類 似的作用。上述兩個擦除退化分量的相對貢獻取決于許多因素，包括單元的工作和循環擦寫條件、單元的幾何形狀和工藝過程的參數等。了解主要退化機制對于優化 單元工藝和工作條件非常重要，目的是增加SuperFlash的耐擦寫次數。

圖6 FG電壓和EG電壓、EG-FG電壓差以及流經電阻R的電流的時序圖，對應于公式(2)-(4)

方法說明

要分離FG氧化層和隧道氧化層退化對觀察到的擦除速度下降情況的影響，需要一個工具來探測循環擦寫引起的原生FG Vt的變化，而不是直接測量浮置柵極。如上所示，Vtp或Vte過程中包含多個分量，無法用于得出關于FG Vt變化的可靠結論。早期提出了一種利用經UV照射后的單元的中性狀態來監視FG溝道退化狀態的方法[6]，但這種方法并非始終適用于采用致密金屬布局的現代化大規模FG單元;UV擦除還需要特殊的晶圓生產工藝，并可能導致一些電子逃逸，從而影響測量結果。我們提出一種新的快速、非破壞性的電氣方法，這種方法基于隧穿電流穩定性在向擦除柵極施加線性斜坡電壓時的作用[7，8]。

圖7 (a) VEG線性斜坡期間的EG電壓和FG電壓圖;(b) VEG正向變化(曲線1)和反向變化(曲線2)期間測量的單元電流。曲線3顯示了在直接接觸FG的單元上測量的Id-VFG參考特性(來自[3])。在 A-B和C-D區域中，EG-FG電壓差小于對應的隧穿電壓，FG電勢由EG-FG靜電耦合控制。

圖5顯示了SuperFlash單元的簡化R-C圖及其等效電路。其中，C1為EG-FG電容，C2為總FG電容與CFG-EG的差值，R為有效隧穿電阻。VEG線性斜坡(VEG=αt)和歐姆電阻R組成的等效電路中的瞬變具有簡單的閉環解決方案：