De nombreuses applications industrielles spécifiques dans les secteurs tels que l’automobile, le médical et le spatial, requièrent un très haut niveau de fiabilité. Dans ce contexte, cette thèse traite de l’étude de la fiabilité des mémoires non-volatiles à grille flottante de type NOR Flash. Après une introduction mêlant l’état de l’art des mémoires non volatiles et la caractérisation électrique des mémoires Flash, une étude sur l’effet des signaux de polarisation a été menée. Un modèle a été développé afin de modéliser la cinétique de la tension de seuil durant un effacement. L’effet de la rampe d’effacement a été montré sur les cinétiques mais aussi sur l’endurance. Une étude sur la durée de vie de l’oxyde tunnel a ensuite montré l’importance de l’utilisation d’un stress dynamique. Nous avons caractérisé cette dépendance en fonction du rapport cyclique et du champ électrique appliqué. Enfin l’endurance de la cellule mémoire Flash a été étudiée et les effets de la relaxation durant le cyclage ont été analysés. / Many specific applications used in automotive, medical and spatial activity domains, require a high reliability level. In this context, this thesis focuses on the study of floating gate non-volatiles memories reliability more precisely in NOR Flash architecture. After an introduction mixing the state of art of non-volatiles memories and the electrical characterization of Flash memories, a study on the polarization signals effect has been led. A model has been developed in order to model the threshold voltage kinetic during an erase operation. The erasing ramp effect has been shown on kinetics and also on cycling. Then, a study on the tunnel oxide lifetime has shown the importance of relaxation during stress. This dependence has been characterized as a function of duty cycle and the electric field applied. Finally, Flash memory cell endurance has been explored and the relaxation effects during the cycling has been analyzed.

Cette thèse étudie divers aspects de la fiabilité des mémoires, notamment les tests en endurance et les tenues en rétention sur des mémoires Flash, en architectures NOR et NAND. Nous abordons différentes méthodes de programmation existantes dans la littérature, à savoir l'utilisation de signaux très courts et un algorithme de programmation intelligent, que nous avons appliquées sur nos cellules mémoires afin de réduire la dégradation qu'elles subissent lors des phases successives de programmation /effacement. Les améliorations observées n'étant pas significatives, nous n'avons pas choisi d'utiliser de tels signaux dans la suite de notre étude. Nous présentons également une théorie des signaux optimisés qui n'a pas été approfondie ici mais que nous avons étudiée dans une étude préalable à cette thèse. Nous présentons ensuite une modélisation des pertes de charges en rétention à partir d'équations simples de types Fowler-Nordheim et Poole-Frenkel qui se superposent et respectivement prépondérantes à des temps de rétention élevés (t>200h) et courts (t<200h). Nous proposons enfin une étude des perturbations intervenant dans une matrice mémoire, à la fois du point de vue des tensions électriques appliquées sur les cellules mais aussi du point de vue des capacités de couplages parasites. Nous avons dans un premier temps évalué les valeurs de perturbation de grille sur des cellules mémoires Flash en architecture NOR puis NAND avant de traiter des capacités parasites entre cellules dans une matrice. Nous avons été amenés à étudier ces capacités dans la cadre de l'étude des dégradations excessives des cellules inhibées lors de tests en endurance pour certaines conditions process non-optimisées. Nous avons pour cela développé une simulation TCAD bidimensionnelle à partir des étapes process réelles que nous avons ensuite calibrée sur des mesures sur silicium. Enfin cette simulation a été complétée par une prise en compte des capacités parasites de couplage, extraites sur une simulation tridimensionnelle d'une matrice 3x3 de cellules mémoires. Les valeurs de ces capacités ont été validées par des mesures sur des structures de test spécifiques et par calcul géométrique. Notre simulation bidimensionnelle émule donc un comportement tridimensionnel tout en restant dans une rapidité de calcul liée à une simulation 2D. Nous avons ainsi pu développer des simulations électriques permettant de visualiser le phénomène d'inhibition des cellules, tout au long de l'application des diverses polarisations sur la structure.