多介質(zhì)復(fù)合隧穿層的閃存器件研究.pdf

1、閃速存儲(chǔ)器(Flash Memory)是目前占據(jù)統(tǒng)治地位的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(NVSM)。它具有低功耗,小體積,高密度,可重復(fù)擦寫(xiě)等優(yōu)異的特性。浮柵器件作為閃存中的主流技術(shù)被廣泛使用,但是當(dāng)器件尺寸減小到65nm以下時(shí),傳統(tǒng)多晶硅浮柵器件將遇到很大的挑戰(zhàn),其中最突出的就是器件擦寫(xiě)速度和可靠性的矛盾,這主要與存儲(chǔ)器件隧穿介質(zhì)層的厚度有關(guān):一方面要求隧穿介質(zhì)層比較薄,以實(shí)現(xiàn)快速有效的P/E操作;另一方面又要求較厚的隧穿介質(zhì)層,以實(shí)現(xiàn)足夠的

2、保持時(shí)間。為了克服這個(gè)問(wèn)題,引入高介電常數(shù)材料對(duì)隧穿氧化層進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)多介質(zhì)復(fù)合隧穿介質(zhì)層的方法來(lái)解決:主要有VARIOT和CRESTED兩種堆疊隧穿結(jié)構(gòu)。
　　本文首先介紹了浮柵存儲(chǔ)器的廣泛應(yīng)用和它具有的優(yōu)勢(shì),接著介紹了浮柵存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)和特性,工作原理,及其目前所面臨的挑戰(zhàn)。
　　本文結(jié)合納米晶和VARIOT堆疊結(jié)構(gòu),制作了VARIOT堆疊隧穿層的Au納米晶MOS存儲(chǔ)結(jié)構(gòu):Si/SiO2/HfO2/Au納米晶/Al2O

3、3/Al,主要是通過(guò)電子束蒸發(fā)加快速熱退火成晶的方法,在VARIOT(高k/SiO2)堆疊隧穿層上制備了Au金屬納米晶材料。針對(duì)該存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的電荷存儲(chǔ)能力和電荷保持特性進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。VARIOT堆疊隧穿層中引入高k材料HfO2,其介電常數(shù)是SiO2材料的五倍,保證了相同等效氧化層厚度(EOT)的HfO2介質(zhì)可以提供數(shù)倍于SiO2材料的物理厚度,有利于提供更好的數(shù)據(jù)保持特性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明隧穿氧化層在相同等效厚度情況下,VA

4、RIOT堆疊隧穿介質(zhì)具有比單層SiO2隧穿介質(zhì)更高的物理厚度,有效降低了漏電流,進(jìn)一步提高器件的保持特性。
　　我們還通過(guò)理論和MEDICI軟件仿真兩種方法分析了CRESTED(高k/SiO2/高k)堆疊隧穿結(jié)構(gòu)對(duì)浮柵存儲(chǔ)器件編程速度的影響。分析表明要折中考慮CRESTED中高k材料的介電常數(shù)和勢(shì)壘高度,才能設(shè)計(jì)出合理的CRESTED結(jié)構(gòu)從而提高存儲(chǔ)器件的編程速度。并通過(guò)MEDICI模擬得出,在相同等效厚度情況下,Si3N4/Si