1、研究背景與意義

電荷捕獲閃存（CTF）是嵌入式電子設備的關鍵創新之一，對當今物聯網（IoT）趨勢起到了重要作用。根據存儲介質的不同，閃存設備可以分為電荷捕獲和非電荷捕獲兩類。非電荷捕獲型非易失性存儲主要依賴于材料的電、熱或磁特性來存儲數據。目前，相變存儲器（PCM）是唯一進入量產的非電荷捕獲型非易失性存儲芯片。

電荷捕獲閃存（CTF）根據其電荷捕獲介質的不同，可以分為三種類型：氮化物基CTF（NB-CTF）、浮柵（FG）基CTF和納米晶體基CTF。浮柵基CTF利用夾在二氧化硅層之間的導電多晶硅作為主要電荷捕獲層。由于浮柵基CTF的電荷捕獲層是導電的，注入的電荷以連續狀態存儲在浮柵中，這使得電荷容易通過硅氧化層中的單點缺陷泄漏，特別是在應力引起的漏電流（SILC）存在的情況下。

相比之下，氮化物基CTF和納米晶體基CTF的電荷捕獲介質是硅氮化物層和納米晶體層中的離散電荷捕獲節點。由于注入的電荷被離散地捕獲在這些節點中，單點缺陷引起的電荷泄漏對整體電荷捕獲介質的影響被顯著緩解。因此，氮化物基CTF和納米晶體基CTF在SILC方面具有更高的可靠性。

隨著半導體器件特征尺寸的不斷縮小，CTF的可靠性面臨嚴峻挑戰。技術節點低于30nm后，CTF的可靠性問題變得更加突出，因為半導體器件的基本物理限制逐漸顯現。此外，隨著器件尺寸的縮小，可容忍的電荷丟失量顯著減少，導致即使少量電荷丟失也會引發讀取故障。因此，研究X射線輻照對CTF的影響，探索有效的防護措施，對于保障芯片的可靠性和數據完整性具有重要意義。

2、實驗方法

樣品準備：使用功能良好的90nm氮化物基CTF，每個設備的存儲密度為1Mb（1,048,576個存儲單元）；并

實驗步驟：

X射線輻照條件：電壓為110kV，電流為40μA，照射時間為360秒。

濾光片使用：測試300μm鋅（Zn）濾光片對電荷丟失的影響，同時評估濾光片不同位置的效果差異。

3、實驗結果與分析

電荷丟失現象：X射線輻照導致部分存儲單元的閾值電壓（Vt）下降，特別是在編程分布的低端。

濾光片效果：使用300μm Zn濾光片可以顯著減少電荷丟失現象，將電荷丟失引發的Vt分布偏移降低約6.446倍。

濾光片位置影響：當濾光片靠近樣品時，由于X射線熒光的二次效應，電荷丟失反而加劇了7.4280倍。因此，建議將濾光片放置在X射線源附近，以最大限度地減少X射線輻照對樣品的影響。

封裝影響：部分開蓋（partial decapped）樣品由于直接暴露在 X射線下，更容易受到電荷丟失的影響。

4、結論與建議

結論：X射線輻照是納米尺度氮化物基電荷捕獲閃存可靠性的一個重要問題。使用300μm Zn濾光片可以有效減少電荷丟失現象，但濾光片的位置對效果有顯著影響。

建議：濾光片放置建議在X射線源附近放置Zn濾光片，未來的研究可以進一步探討不同材料和結構對X射線輻照的敏感性，以及開發更有效的防護措施。

這項研究為理解和緩解X射線輻照對電荷捕獲閃存的影響提供了有價值的見解。通過合理使用濾光片和優化設備封裝，可以有效提高芯片的抗輻照能力，保障其在實際應用中的可靠性和數據完整性。

附圖：X射線檢測設備中的Zn濾光片

引用論文：Investigation on X-ray irradiation on nanoscale nitride based charge trapping flash memory devices