Ермаков Игорь Владимирович «ИССЛЕДОВАНИЕ ЯЧЕЙКИ КМОП-СОВМЕСТИМОГО ЭСППЗУ» Научный руководитель: д.т.н., Шелепин Н.А. МЭС-2014 Зеленоград – 2014 НИУ «МИЭТ», - презентация

1 Ермаков Игорь Владимирович «ИССЛЕДОВАНИЕ ЯЧЕЙКИ КМОП-СОВМЕСТИМОГО ЭСППЗУ» Научный руководитель: д.т.н., Шелепин Н.А. МЭС-2014 Зеленоград – 2014 НИУ «МИЭТ», ОАО «НИИМЭ»

2 2 Классификация некоторых видов п/п памяти п/п память статическое (SRAM) динамическое (DRAM) ОДНОкратно программируемая или ПЗУ (ROM) МНОГОкратно программируемая масочное ПЗУ (mask ROM) пережигаемая перемычка (fuse) антипрожигаемая или пробиваемая перемычка (antifuse) EPROM ЭСППЗУ (EEPROM) флеш-память (flash) Энергозависимая (Volatile) Энерго НЕзависимая (Non-volatile) ОЗУ (RAM) по физическому принципу хранения данных: плавающий затвор захват заряда (МНОП или МОНОП) сегнетоэлектрическая (FeRAM) магнитная (MRAM) изменение сопротивления

3 3 Основной принцип работы элементов ЭСППЗУ с плавающим затвором рис. 2. Влияние заряда на плавающем затворе n-МОП-транзистора на его проходную характеристику рис. 1. Основной принцип работы элементов ЭСППЗУ с плавающим затвором

4 4 Современная типовая ячейка ЭСППЗУ (EEPROM) рис. 1. Электрическая схема ячейки EEPROM рис. 3. Топология 8-битного слова из ячеек EEPROM рис. 2. Разрез структуры ячейки EEPROM

5 5 «плюсы» и «минусы» ЭСППЗУ в стандартной КМОП-технологии Области применения: хранение различной служебной информации хранение кодов доступа к микросхеме хранение различных ключей память для идентификационных чипов небольшого объема (< 1Кбит) хранение подгоночных коэффициентов или подстроечных кодов для высокоточных аналоговых блоков, таких как АЦП и ЦАП, прецизионные ИОН, системы ФАПЧ Достоинства: полная совместимость со стандартной КМОП-технологией отсутствие затрат на дополнительные шаблоны и технологические операции КСП (PDK) не требует изменения Недостатки: – площадь ячейки в несколько раз больше, чем у ячейки в специализированной технологии – плохая перспектива масштабирования – предназначена для небольших объемов памяти

6 6 Цели и задачи работы Целью работы является исследование и разработка ячейки электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти (ЭСППЗУ) в КМОП- технологии с проектными нормами 0,18 мкм. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Анализ существующих конструктивно-технологических методов реализации ячейки электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти в стандартной КМОП- технологии. 2. Моделирование структуры ячейки памяти при помощи средств приборно- технологического моделирования Synopsys Sentaurus TCAD. Создание модели ячейки памяти в TCAD. 3. Проектирование тестового кристалла, содержащего различные конструктивные варианты ячейки памяти и набор тестовых структур. 4. Исследование характеристик экспериментальных образцов ячейки памяти. Анализ экспериментальных данных. Сравнение эксперимента с результатами моделирования, корректировка модели ячейки памяти. 5. Разработка схемно-конструктивных решений микросхем ЭСППЗУ и создание на базе полученной ячейки блока памяти, а так же его экспериментальное исследование.

7 7 Ячейка ЭСППЗУ в КМОП-технологии уровня 0,18 мкм без дополнительных технологических операций рис. 1. Электрическая схема ячейки памяти рис. 2. Топология ячейки памяти рис. 3. Разрез структуры ячейки памяти

8 Исследование характеристик ячейки памяти Зависимость Vпор. от времени и напряжения записи/стирания 8

9 Исследование характеристик ячейки памяти Зависимость Vпор. от кол-ва циклов перезаписи 9

10 10 Исследование времени хранения заряда Зависимость Vth от времени хранения при повышенной T ºC Режим V pp =9 В, t pp =30 мс

11 Исследование времени хранения заряда Зависимость Vth от времени хранения при повышенной T ºC для ячейки с 3,2 нм туннельным окислом 11 V pp, Вt pp, с Кол-во циклов 16,00,11 27,50,0011 Исследуемые режимы

12 12 Зависимость E a от режимов записи/стирания t кр.ф 1 – время, за которое пороговое напряжение ячейки уменьшится на 50% при температуре T кр.ф 1 ; t кр.ф 2 – время, за которое пороговое напряжение ячейки уменьшится на 50% при температуре T кр.ф 2. k – постоянная Больцмана, равная 8,6·10 -5 эВ/ºК.

13 13 Зависимость времени хранения заряда ячейки При 50 ºС от режимов записи/стирания t хр – время хранения заряда при температуре T хр =50 ºС; t кр.ф – время воздействия ускоряющего фактора (повышенной температуры T кр.ф ). k – постоянная Больцмана, равная 8,6·10 -5 эВ/ºК.

14 14 Практическое применение результатов работы Чип ИС идентификационной метки 0,42 х 0,37 мм 2 Чип ИС синтезатора частот 1,8 х 1,8 мм 2 Блок ЭСППЗУ