Investigation of program efficiency in 3D NAND Flash cells by numerical study of ISPP slope

NAND Flash technology has always been in the spotlight since its introduction due to its economic development to grow as a mean of storage device. Over the course of years, the uninterrupted scaling trends and technological growth has enabled NAND Flash to overcome the potential of hard disk drives. Yet, due to scaling multiple stability issues are faced; hence, limiting the technological growth. To overcome these issues 3D NAND flash structures were adopted that enabled greater storage density by using smaller feature size. Initially, it was a reasonable solution as effects of the electric fields were not dominant but as technology was scaled effects like fringing field effects become dominant that can slow down the programming process of the cell. In this thesis work to perform simulations a model was developed using Sentaurus TCAD to simulate and understand the parameters effecting the ISPP slope of the devices, which is one of the measures that determine program efficiency of a NAND cell. Finally, a hypothetical device was generated that can reduce the effects of the fringing field hence increasing the ISPP slope.

La tecnologia NAND Flash è sempre stata al centro dell'attenzione sin dalla sua introduzione grazie al suo sviluppo economico per crescere come sistema di archiviazione. Nel corso degli anni, le tendenze ininterrotte del ridimensionamento e la crescita tecnologica hanno consentito a NAND Flash di superare il potenziale delle unità a disco rigido. Tuttavia, a causa del ridimensionamento si devono affrontare molteplici problemi di stabilità, limitandone la crescita tecnologica. Per ovviare a questi problemi sono state adottate strutture flash 3D NAND che hanno consentito una maggiore densità di archiviazione utilizzando dimensioni inferiori. Inizialmente, si trattava di una soluzione ragionevole in quanto gli effetti dei campi elettrici non erano dominanti, ma poiché la tecnologia veniva ridimensionata, gli effetti come gli effetti del campo frangente diventano talmente dominanti che possono rallentare il processo di programmazione della cella. In questo lavoro di tesi per eseguire simulazioni è stato sviluppato un modello che utilizza Sentaurus TCAD per simulare e comprendere i parametri che influenzano la pendenza ISPP dei dispositivi, che è una delle misure che determinano l'efficienza del programma di una cella NAND. Infine, è stato generato un dispositivo ipotetico in grado di ridurre gli effetti del campo di frange aumentando così la pendenza dell'ISPP.