随着NAND闪存存储密度和可靠性的不断提高,被广泛用于数据存储设备中。二维平面NAND(2DNAND)闪存存储器尺寸发展到15纳米技术节点时,由于工艺技术和物理极限的限制,闪存芯片无法在保证存储可靠性的前提下进一步提高集成密度。目前,随着闪存技术从二维平面跨越到三维立体堆叠(3D NAND)架构,3D NAND闪存存储器技术已展示出优于2D NAND闪存的众多优势,但由于其器件结构和制备工艺的特殊性,有着不同于2D NAND闪存的可靠性问题。3D NAND闪存存储器包括电荷俘获型和浮栅型两种单元结构类型,本文对电荷俘获型3D NAND闪存存储器可靠性问题进行研究分析并针对性提出了改善方案。第一部分是对电荷俘获型3D NAND闪存在常温条件下的可靠性问题进行了系统研究。首先,我们通过实验发现在编程/擦除(Program/Erase,P/E)循环期间,错误率的增高主要由最低有效位页(Least Significant Bit,LSB)所导致,其中“1”到“0”错误率是主要错误来源,在整个块中,LSB页的错误分布确定了四个不同的分布区域。其次,通过对不同编程级别存储单元的研究,发现在经过多次P/E循环后,再进行数据保持,阈值电压正向偏移逐渐成为主要的错误来源,认为原因之一是由于P/E循环中的电应力会引起浅陷阱产生,P/E循环加剧了电荷俘获型3D NAND闪存中的横向电荷扩散。再次,通过使用所提出的预充电方案,无论在未磨损的初始(Fresh)状态下还是在多次P/E循环磨损之后,都能有效降低30%以上的错误位。最后,系统研究了与数据保持相关的异常读取干扰特性,编程后立即进行多次读取,会产生较高的错误率,在较短的数据保持时间内,读干扰对错误率的影响微弱,但是,经过长时间的数据保持之后,部分错误位可以通过多次读操作进行纠正,这种现象在2D NAND闪存中从未见过。通过设计的编码方法进行具体分析,发现共享电荷存储层中的横向电荷扩散是主要机制,此现象可用于延长3D NAND闪存存储系统在冷数据存储应用中的寿命。第二部分是针对电荷俘获型3D NAND闪存的高温可靠性问题进行了研究分析。一是研究了不同存储状态下的高温烘烤效应,即存储单元烘烤前不同状态对下次写入数据的影响,当单元处于编程状态,对于下次写入数据的保持特性最好,具体原因是由于器件在高温烘烤期间,存储单元中电子因横向扩散效应移动到空间电荷区,在下次写入数据时,空间电荷区电子对存储单元电子的流失起了抑制作用;二是分析了高温退火对于磨损后3D NAND闪存芯片的影响,将处于擦除状态的存储单元经过高温退火之后,可以对磨损退化的存储单元有明显的修复效果。