Test and Reliability of Flash Memories

Depuis quelques années, les mémoires non-volatiles de type Flash sont présentes dans un grand nombre de systèmes sur puce. La grande densité d'intégration et la complexité de leur procédé de fabrication rendent les mémoires Flash de plus en plus sujette aux défauts. La présence de défauts dans les mémoires est une des problématiques majeures. En effet, de tels défauts pourraient affecter le rendement, la rétention, l'endurance et donc la fiabilité des mémoires Flash. Cette thèse a porté sur l'analyse des mécanismes de défaillances, la modélisation des comportements fautifs et le développement de solution en vue d'améliorer le test des mémoires Flash. Dans ce contexte, nous avons proposé un modèle SPICE de la mémoire Flash TSTAC™ d'ATMEL. En comparaison avec l'état de l'art, le modèle SPICE proposé permet de simuler les opérations fonctionnelles de la mémoire de manière dynamique. Ce modèle a était utilisé pour effectuer des simulations d'injections de défauts réalistes pouvant affecter la matrice de la mémoire Flash TSTAC™. Ces simulations ont permis de prédire leurs comportements fautifs et de déterminer leurs modèles de fautes. D'autres types de simulations électriques effectuées à l'aide du modèle électrique ont permis de développer deux méthodes de caractérisation : la première permettant de détecter les variations d'épaisseur d'oxyde des cellules mémoires ; la deuxième méthode permet de caractériser la programmation par pulsation (pulse programming) et ainsi prédire la valeur du champ électrique durant l'écriture d'une cellule.In recent years, non-volatile Flash memories have been widely used on system on chip. Their high integration density and complexity of manufacturing process make the Flash memory prone to defects. The defects in the memory are one of the major issues. They could affect the performance, retention, endurance, and therefore the reliability of Flash memories. This thesis was focused on the analysis of failure mechanisms, the faulty behavior modeling and the development of solution in order to improve the testing of Flash memories. In this work, we have proposed an electrical SPICE model of an ATMEL Flash memory. Compared with the state of art, the proposed model allows to simulate the static and dynamic behavior of the memory. This model is used to perform defect injection simulations affecting the Flash memories. These simulations are able to predict faulty behavior by fault modeling. Other types of electrical simulations highlight two characterization methods. The first one is able to detect the oxide thickness variations of the memory cells; the second one allows to characterize the programming pulse and then predict the electric field value during the programming of the cell