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MONOS存储器结构参数优化及高k存储层研究

作　者: 李育强
导　师: 徐静平
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: MONOS 存储器高k 存储层保持特性疲劳特性
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

国际半导体技术发展路线图(ITRS)2011中提出，电荷陷阱型浮栅存储器在等比缩小过程中工作速度得以提高，但是其可靠性的改善仍然存在很大的挑战。本文以电荷陷阱型浮栅存储器为研究对象，在全面分析电荷陷阱型SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Si)/MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Si)存储器工作原理和电荷输运机理的前提下，使用器件模拟仿真与实验结合的方法来对其进行综合研究。首先使用Silvaco TCAD软件仿真研究了各层厚度的效应并对栅堆栈结构厚度进行了优化，确定了可实现存储窗口、工作速度和保持特性折衷的比较合理的栅堆栈结构厚度；再对GdO和LaHfO高k材料作为存储层的存储器的存储特性进行了模拟仿真，证明了高k材料作为存储层对于实现低压高速及优良保持特性SONOS存储器的研究意义。此后，通过实验，采用磁控溅射方法制备了缺氧或富氧GdOx及GdON作为存储层的MONOS电容存储器，使用XPS分析方法来确定存储层材料成份以及表征存储层/隧穿层界面成键状况。结果显示，GdO存储层中掺氮诱导出的电子陷阱密度较大，陷阱能级深，且介质介电常数大，改善了介质体的界面特性，从而使其存储窗口，工作速度、保持特性、疲劳特性在三种不同成分的样品中最优。最后，研究了N2和NH3对存储层进行淀积后退火对存储器存储特性的影响。实验结果表明，合适气氛对GdO(N)存储层进行淀积后退火可以使MONOS存储器的存储窗口、工作速度以及保持特性得到较好的折衷。经NH3对GdON存储层进行淀积后退火的MONOS存储器获得了很好的存储特性：在±14V/1s P/E电压下，存储窗口为4.7V；在12V的编程工作电压下，在100μs时间内已经趋于饱和；室温下保持10年后的电荷损失率仅为24%。因此，经NH3退火的GdON高k材料作为小尺寸MONOS存储器存储层材料有较大应用前景。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 非挥发性存储器概况  9-10
  1.2 MONOS 存储器  10-13
  1.3 高 k 材料在 MONOS 存储器中的应用  13-14
  1.4 本文的结构安排  14-16
2 MONOS 器件物理与仿真模型  16-23
  2.1 阈值电压  16
  2.2 编程/擦除机理  16-18
  2.3 电荷泄漏机制  18-19
  2.4 数据读取  19
  2.5 Silvaco TCAD 仿真模型介绍  19-22
  2.6 本章小结  22-23
3 MONOS 存储器的 Silvaco TCAD 仿真模拟  23-37
  3.1 引言  23
  3.2 SANOS 存储器栅堆栈结构优化的研究  23-32
  3.3 高 k 存储层的模拟仿真研究  32-36
  3.4 本章小结  36-37
4 Gd 金属(氮)氧化物存储层特性研究  37-44
  4.1 引言  37
  4.2 样品制备工艺  37-38
  4.3 存储特性测量与结果分析  38-43
  4.4 本章小结  43-44
5 GdO(N)存储层退火工艺的优化  44-53
  5.1 引言  44
  5.2 样品制备工艺  44-45
  5.3 存储特性测量与结果分析  45-51
  5.4 本章小结  51-53
6 总结与展望  53-56
  6.1 总结  53-54
  6.2 展望  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-63
附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文  63

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