Modélisation et caractérisation de transistors MOS appliquées à l'étude de la programmation et du vieillissement de l'oxyde tunnel des mémoires EEPROM

par Juliano Brahim Razafindramora

Thèse de doctorat en Micro-électronique

Sous la direction de Pierre Canet.

Soutenue en 2004

à Aix-Marseille 1 .

mots clés

• Mémoires flash -- Programmation
• MOS (électronique)

Résumé

Cette thèse étudie à la possibilité d'augmenter la vitesse de programmation et de baisser les tensions de programmation d'une cellule mémoire EEPROM. Nous étudions aussi la fermeture de la fenêtre de programmation en fonction du nombre de cycles écriture/effacement en extrayant les paramètres Fowler-Nordheim α et β sur des capacités équivalentes soumises à une contrainte électrique égale à celle que subit l'oxyde tunnel. La durée de programmation est réduite à 10æs avec une endurance supérieure à 50000 cycles. Les tensions de programmation peuvent être divisées par 2 en les répartissant entre la grille de contrôle et le drain en utilisant des tensions négatives. Enfin, le vieillissement de l'oxyde tunnel sur des capacités équivalentes montre une fermeture de la fenêtre de programmation supérieure à celle mesurée sur une cellule EEPROM. Cette fermeture est due à une dégradation additionnelle de l'oxyde tunnel due aux mesures de courant en vue d'extraire les paramètres Fowler-Nordheim.

Titre traduit

Modeling and characterization of MOS transistors applied to the study of EEPROM cell programming and tunnel oxide degradation

Résumé

This thesis investigates the ability to increase the programming speed of an EEPROM cell and to decrease its programming biases. We also study the modeling of the programming window closure versus the number of write/erase cycles in extracting Fowler-Nordheim parameters α and β from equivalent capacitors undergoing dynamic stress. We demonstrate that the programming time of an EEPROM cell can be decreased down to 10æs while keeping an endurance greater than 50000 write/erase cycles. Furthermore, the programming biases can be divided by 2 in splitting them between the control gate and the drain. This implies the use of negative biases. Finally, the emulation of EEPROM cell tunnel oxide degradation on equivalent capacitors shows a sharper programming window closure than the one measured on an EEPROM cell. This sharper closure has been attributed to additional tunnel oxide degradation due to Fowler-Nordheim current measurements for the purpose of extracting Fowler-Nordheim parameters.