按照剧情发展的规律,在进入正片之前都会有前传来交代事件的背景,所以在介绍固态硬盘SSD可靠性之前,咱们也先来个前传哈。 NAND根据cell包含bit的数目分为SLC、MLC、TLC, NAND里面所有cell的状态采用VT分布图展示,如下图, SLC包含1 bit,有1,0两个状态, MLC包含2 bit,有11,10,00,01四个状态, TLC包含3 bit,有111,011,001,101,100,000,010,110八个状态。 介绍完NAND cell的状态,再来show一下NAND的基本操作(以最简单的SLC为例)。 读(Read): 如果Cell C处于Erased, 对应BL的Sense电路会感应到有电流;如果Cell C处于Programmed, 对应BL的Sense电路不会感应到有电流。 写(Program): 在控制栅CG加上一个高压20V,基底接0V, 由于电场的存在以及隧穿效应,电子会被俘获在浮栅FG,也就完成了单个Cell的Program操作。 Program之后cell的状态为“0”。 在控制栅CG接0V,基底加上一个高压20V, 由于电场的存在以及隧穿效应,电子逃离浮栅FG,也就完成了单个Cell的Erase操作。 Erase之后cell的状态为“1”。需要注意的是,Read、Program都是以Page为最小基本操作单位,而Erase以Block为最小基本操作单位。 对NAND可靠性影响很大的效应主要有:Read disturb,Program disturb,P/E Endurance以及Data Retention。 1. Read Disturb 我们在第一幕介绍Read操作的时候提到,Read过程中,需要在Non-Target WL上加一个VpassR, 如果对一个Block里面的Page连续Read很多次的话,就相当于在某一WL一直会有VpassR的Stress。 如下图,Cell D 由于VpassR长时间的Stress, 会引起浮栅FG弱的电子注入,因为Read disturb主要影响Erased状态的cell,进而表现在Vt图中L0向右飘移。 提一下SILC效应:SILC(Stress Induced Leakage Current)是压力诱导漏电流,由于Stress的影响,在Gate氧化层做成缺陷,缺陷会俘获电子。 2. Program Disturb 在Program时,需要在WL加一个高压20V左右,由于高压的存在会造成其他BL上电子隧穿进入浮栅,再加上由于缺陷引起漏电以及GIDL效应的存在,最后的结果就是Program cell周围的Cell的Vt会向右偏移。 GIDL(gated-induce drain leakage) 是指栅诱导漏极泄漏电流,当栅漏交叠区处栅漏电压 VDG很大时,交叠区界面附近硅中电子在价带和导带之间发生带带隧穿形成电流,我们把这种电流称之为 GIDL 隧穿电流。随着栅氧化层越来越薄,GIDL 隧穿电流急剧增加。 评判一颗NAND的寿命,P/E cycle是一个关键参数。在不断写入与擦除的过程中,器件的氧化层会慢慢变薄,电子的隧穿效应会更容易,最后造成的现象就是VT向右偏移。 在NAND经历一段高温测验之后,电子会逃离浮栅,造成Vt向左偏移。在加上SILC的影响,Vt出现偏移。 |
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