電子デバイスとそれを構成するコンポーネントに関しては、耐久性が最も重要です。最近、 ファイソン 研究者らは、3D NAND フラッシュ モジュールの耐久性をテストする場合、デバイスの寿命を予測するために使用される業界標準のテスト方法が非常に不正確であることを発見しました。研究者らは、2023 年の国際会議で、この問題を解決するための調査結果と推奨事項を発表しました。 IEEE 国際信頼性物理シンポジウム.
注: この記事は、シンポジウムで発表されたオリジナルの論文に基づいています。技術に詳しくない読者向けに概要が要約されており、その後、より技術的な詳細を好む読者向けにいくつかの技術的な詳細も含まれています。
オリジナルのテスト方法を詳しく見る
電子デバイスの寿命を予測するための長年の業界標準は、アレニウス方程式を使用した高温加速方法論でした。しかし、それは何を意味するのでしょうか？
「高温加速型」 これは、デバイスを通常通りに老化させて寿命をテストする代わりに、標準動作温度よりもはるかに高い温度にデバイスをさらすことでデバイスの老化速度を加速する方法を研究者が発見したことを意味します。そうすることで、標準的な動作条件下では現れるまでに何年もかかる可能性のある障害や欠陥をより迅速に検出できます。
アレニウス方程式 は、温度と反応速度の関係、および温度がそれらの反応をどのように加速するかを表します。
のために NANDフラッシュ製品、寿命は、デバイスが標準で事前に定義されたビット誤り率に達するまでにかかる時間として定義されます。 動作温度.
より科学的な見方を好む人のために、より詳しい説明を以下に示します。
NAND フラッシュ製品の寿命は、デバイス動作温度 (30℃) での保持時間として定義されます。ああC～40ああC) ビット誤り率 (BER) が、誤り訂正符号 (ECC) 能力の上限である特定のレベルに達したとき (図 1 を参照)。
JEDEC の文書によると、電子デバイスの寿命は、次のようなアレニウスの式を使用した温度加速法によって推定できます。
方程式では、T1 そしてT2 はそれぞれベーク温度とデバイス動作温度です。 t1 そして、2 は T での保持時間です1 そしてT2、 それぞれ。 k はボルツマン定数です。 Eある は活性化エネルギーであり、データ保持特性に対する温度の影響の強さを表します。 E が大きいことに注意してくださいある (傾きが大きいほど) 保持時間は温度の影響が強いことを表します。このモデルでは、E であると仮定します。ある は一定の値であり、ベーク温度には依存しません。 E以来ある は既知の要素であり、通常は NAND ベンダーによって提供されます。デバイスの寿命 t2 デバイス動作温度 T で2 メモリ故障時間 t を検出することで、それに応じて計算できます。1 ベーク温度Tで1 (図 2 を参照)。
フィソンが見つけたもの
Phison のエンジニアは研究の中で、アレニウス方程式の係数の 1 つ (一定で変化しない値であると想定されていた) が、ベーキング温度に応じて 3D NAND フラッシュ デバイスで実際に変化する可能性があることを発見しました。それは、3D NAND フラッシュにおけるセル サイズのスケーリング、セルとトンネル層の間の距離が、2D NAND フラッシュにおけるそれらの要因とは異なる動作をするためです。この差異により、必然的にデバイスの寿命が大幅に過大評価されることになります。
技術的な詳細:
Phison の最近の研究では、Eある 変化しない可能性があり、3D NAND フラッシュのベーキング温度によって変化します (図 3 を参照)。
t は、BER が特定の値に達したときの保持時間として明確に定義されます。実験ではさまざまな Eを抽出するために、幅広いベーキング温度で記録されました。ある。測定された t は従来のアレニウス モデルに従わず (直線に落ちず)、2 段階の挙動を示しました。より高いEある T > 85 で観察されるああC、低いEある T < 85 で抽出されるああC. 現在の認定方法で評価されるデバイス寿命は、通常、高温領域のデータ点から動作温度領域まで外挿することによって抽出されるため、異常な 2 段階現象は保持寿命の大幅な過大評価につながる可能性があります。
一般に、活性化エネルギー E の値はある 物理的なメカニズムによって決まります。結果として、前述の 2 段階の特性は、保持障害が複数の物理メカニズムによって引き起こされていることを示しています。
フィソンの研究では、 3D NAND におけるさまざまな保持温度とプログラム/消去 (P/E) サイクル条件における対応する物理メカニズムが初めて実験的に検証されました。この特異な 2 段階の特徴は、3 つの異なる物理メカニズムに関連していることが証明されています (図 4 および 5 を参照)。
低温では、BER の増加は、ダイレクト トンネリング (DT) プロセスによる窒化シリコン (SiN) にトラップされた電子の垂直損失によって支配される傾向があります。高温では、主な物理的メカニズムは P/E サイクル条件に依存します。低 P/E サイクルのデバイスにおける BER の増加は、熱アシスト トンネリング (ThAT) による SiN トラップされた電子の横方向移動に起因しますが、高 P/E サイクルのデバイスにおける BER の増加は主に、SiN トラップされた電子の垂直損失によって引き起こされます。フレンケル・プール (FP) 発光とその後の正電荷支援トンネリング (PCAT) プロセス。
調査結果は、新しい (そしてより正確な) 生涯認定方法につながります
Phison チームの研究のおかげで、3D NAND フラッシュの寿命テストの不正確さが明らかになり、業界全体に説明されました。この不正確さの問題を解決するために、チームは 2 つの新しいテスト方法を設計して提示し、現在 Phison の信頼性認定プロセスで使用されています。
複数の活性エネルギー認定方法
この方法には、より正確な寿命予測を得るために、さまざまな温度での一連の活性化エネルギー (それほど一定ではないことが判明した定数) が含まれています。
技術的な詳細:
この試験方法の最初のステップでは、複数の E を抽出するために、幅広いベーキング温度での保持特性を実装する必要があります。ある 価値観。説明を簡単にするために、2 つの異なる活性化エネルギー E だけを仮定します。あ、HT そしてEあ、LT が得られます (図 6 を参照)。
次のステップでは、デバイス保持時間 t2 より低いベーク温度 T2 メモリ故障時間 t を測定することで計算できます。1 より高いベーク温度 T1この式に示されているように、
最後に、一度、2 が得られると、デバイス寿命 t3 デバイス動作温度 T で3 は次の方程式で計算できます。
室温外挿認定方法
この方法は、室温での動作中にデバイスのビット誤り率を継続的に測定することによって機能します。複数のデータ ポイントが収集された後、研究者は線形外挿を使用してデバイスの寿命を予測できます。
技術的な詳細:
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Phison の調査と推奨事項が重要な理由
メーカーや消費者が NAND フラッシュ モジュールを含む NAND フラッシュまたは SSD を購入する場合、それらのデバイスがどれくらい持続するかを知ることが重要です。 NAND フラッシュ ベンダーが自社製品について正確かつ透明性を高めることができればできるほど、顧客はそのブランドをより信頼できるようになります。おかげで ファイソン研究者3D NAND フラッシュ デバイスとモジュールの寿命推定値がより正確になり、デバイスの故障による予期せぬダウンタイムやその他の中断を減らすことができます。
Phison はエレクトロニクスの継続的な研究に専念しています テクノロジーと高度な機能 将来のアプリケーションとユースケースを有効にしてサポートします。
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