多介質復合隧穿層的閃存器件研究.pdf

1、閃速存儲器(Flash Memory)是目前占據(jù)統(tǒng)治地位的非易失性半導體存儲器(NVSM)。它具有低功耗,小體積,高密度,可重復擦寫等優(yōu)異的特性。浮柵器件作為閃存中的主流技術被廣泛使用,但是當器件尺寸減小到65nm以下時,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速度和可靠性的矛盾,這主要與存儲器件隧穿介質層的厚度有關:一方面要求隧穿介質層比較薄,以實現(xiàn)快速有效的P/E操作;另一方面又要求較厚的隧穿介質層,以實現(xiàn)足夠的

2、保持時間。為了克服這個問題,引入高介電常數(shù)材料對隧穿氧化層進行優(yōu)化,通過多介質復合隧穿介質層的方法來解決:主要有VARIOT和CRESTED兩種堆疊隧穿結構。
　　本文首先介紹了浮柵存儲器的廣泛應用和它具有的優(yōu)勢,接著介紹了浮柵存儲器件的結構和特性,工作原理,及其目前所面臨的挑戰(zhàn)。
　　本文結合納米晶和VARIOT堆疊結構,制作了VARIOT堆疊隧穿層的Au納米晶MOS存儲結構:Si/SiO2/HfO2/Au納米晶/Al2O

3、3/Al,主要是通過電子束蒸發(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。針對該存儲結構的電荷存儲能力和電荷保持特性進行測試,并對測試結果進行分析。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。實驗數(shù)據(jù)表明隧穿氧化層在相同等效厚度情況下,VA

4、RIOT堆疊隧穿介質具有比單層SiO2隧穿介質更高的物理厚度,有效降低了漏電流,進一步提高器件的保持特性。
　　我們還通過理論和MEDICI軟件仿真兩種方法分析了CRESTED(高k/SiO2/高k)堆疊隧穿結構對浮柵存儲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)和勢壘高度,才能設計出合理的CRESTED結構從而提高存儲器件的編程速度。并通過MEDICI模擬得出,在相同等效厚度情況下,Si3N4/Si