恒憶閃存抗X射線

　　恒憶閃存基于浮柵技術(shù)。閃存晶體管的絕緣柵極（浮柵）捕獲（或排除）電子，因此，晶體管的閾值電壓被修改（偏離原始電壓值）。在附加的編程和閾壓感應(yīng)電路的輔助下，這種效應(yīng)可用保存和檢索數(shù)據(jù)。

　　在寫操作期間，閃存內(nèi)置的電荷泵生成一個(gè)高電壓值(Vpp)，然后被施加到晶體管的控制柵極上。這個(gè)過程使電子通過隧道效應(yīng)進(jìn)入所謂的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的浮柵上，電子被俘獲在浮柵上的電子陷阱內(nèi)。最終的狀況是一個(gè)被寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，即一個(gè)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)字 “±0”的存儲(chǔ)單元。在詳細(xì)規(guī)定的電條件下，應(yīng)用一個(gè)“擦除過程”可以從浮柵上排除電子；然后，存儲(chǔ)單元的邏輯值就會(huì)切換到二進(jìn)制數(shù)字 “±1”。

　　上面簡(jiǎn)要論述的物理現(xiàn)象就是 “由福勒諾爾德海姆 (FN) 電子隧道效應(yīng)”。

圖. 1 對(duì)一個(gè)閃存晶體管進(jìn)行寫操作

　　浮柵內(nèi)的電子會(huì)提高晶體管的閾值電壓；在單級(jí)閃存單元內(nèi)，這相當(dāng)于一個(gè)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)字“0”的存儲(chǔ)單元。

圖2 在完成寫操作后閾值電壓被偏移

　　值得一提的是，雖然前文論述的現(xiàn)象適用于單級(jí)閃存單元，但是同一現(xiàn)象也適用于多級(jí)單元設(shè)計(jì)。測(cè)試和實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)現(xiàn)象對(duì)于單級(jí)和多級(jí)架構(gòu)都是有效的。

　　眾所周知，高電磁能源可引起浮柵內(nèi)的被俘電子損失（這相當(dāng)于損失浮柵內(nèi)貯存的全部電荷）。結(jié)果可能是導(dǎo)致存儲(chǔ)單元內(nèi)存儲(chǔ)的邏輯信息丟失。

　　X射線是一種可能會(huì)損害閃存存儲(chǔ)的信息的外部高能源。很多質(zhì)保應(yīng)用都會(huì)用到X射線，例如，在最終測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)故障后，修理應(yīng)用電路板時(shí)需要使用X射線。X射線可對(duì)PCB電路板進(jìn)行3D斷層照相，也能分析電子元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)。海關(guān)用X射線攝影技術(shù)檢查通關(guān)商品。

圖 :? 恒憶BGA封裝的3D斷層照相細(xì)節(jié)

　　由于閃存在生命周期內(nèi)因?yàn)槎喾N原因可能會(huì)被X射線照射，因此，必須確認(rèn)兩個(gè)重要問題：X射線對(duì)閃存內(nèi)容的可靠性有無影響；存儲(chǔ)陣列在被X射線照射后是否需要擦除操作并重新寫入代碼。

　　乍一看，在經(jīng)X射線檢查后，重新對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行寫操作可能是一個(gè)簡(jiǎn)單、可靠且有成本效益的解決方案。但是，事實(shí)并不是這樣，因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，重新給閃存編程需要昂貴的測(cè)試設(shè)備，向每一個(gè)需要重新編程的閃存發(fā)送串行數(shù)據(jù)流。這個(gè)寫操作可能需要幾分鐘甚至更長(zhǎng)時(shí)間，從而會(huì)重重影響整體制造流程進(jìn)度。

　　因此，為避免（如可能）重新寫入存儲(chǔ)器內(nèi)容，了解X射線對(duì)恒憶存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可靠性的真實(shí)影響具有重要意義。

　　在一個(gè)主要的汽車電子系統(tǒng)供應(yīng)商（恒憶的合作伙伴）支持下，恒憶圍繞X射線對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)可靠性的影響問題進(jìn)行了一次深入的測(cè)試分析，詳見下文。在這家合作公司中，我們用現(xiàn)有的質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備對(duì)待測(cè)器件進(jìn)行了X射線照射。

　　研究報(bào)告結(jié)果歸納如下：

　　“如果X射線的劑量是檢測(cè)印刷電路板所適用的典型劑量，則不會(huì)影響恒憶浮柵閃存的閾值電壓分布。

　　當(dāng)把X射線劑量人為提高到一個(gè)異常數(shù)值時(shí)，閾值電壓被強(qiáng)制偏移。這種現(xiàn)象可用于評(píng)估安全系數(shù)，即存儲(chǔ)內(nèi)容開始受到X射線影響的條件。

　　對(duì)于恒憶閃存，這個(gè)系數(shù)至少在1000倍射線劑量的范圍內(nèi)。 “

　　基本原則是，在完全電擦除電編程存儲(chǔ)晶體管的閾值電壓參數(shù)分布上，選擇特性描述明確的待測(cè)器件，利用我們的合作伙伴的X射線檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)射的X射線照射待測(cè)器件。

　　然后重新描述閾值電壓參數(shù)分布，并再次測(cè)量存儲(chǔ)陣列（每個(gè)位）的每個(gè)晶體管的閾壓。

　　我們?cè)跍y(cè)試中使用了不同的照射時(shí)長(zhǎng)、濾波器材料、X射線管的距離、電流和電壓，并標(biāo)注了不同的配置條件所使用的X射線劑量。

　　在正常制造目的所用的標(biāo)準(zhǔn)配置情況下，X射線劑量總是低于1 Rad。

　　這個(gè)劑量數(shù)值對(duì)恒憶閃存的閾值電壓參數(shù)分布未產(chǎn)生任何可以測(cè)量的影響。

　　這意味著恒憶客戶使用X射線檢查提前焊好的印刷電路板，無需給閃存重新編程，無需對(duì)在正常制造過程中已完成擦除操作的閃存進(jìn)行擦除操作，也無需為確保存在存儲(chǔ)陣列的數(shù)據(jù)的可靠性而應(yīng)用一個(gè)雙重編程算法。

　　下圖是在對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)陣列施加低于1Rad劑量的X射線前后的閾壓分布曲線和對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)陣列施加30 Rad的X射線前后的閾壓分布曲線，被測(cè)試器件是恒憶的車用16Mbit串行閃存M25P16。

圖3 施加1 Rad / 30 Rad射線前后的閾壓分布曲線圖

　　為證明前述測(cè)試結(jié)果的有效性，查找可能的臨界條件，X射線劑量值被提高1000倍 (2.5 KRad )，并進(jìn)行兩次回流焊。

圖4 在受2500 Rad射線照射前后的閾壓分布曲線

　　在相關(guān)的白皮書中還能查到更詳細(xì)的技術(shù)信息。