發(fā)布時間：2023-12-09 12:56

　　作為已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十年的信息技術(shù)革命的主要驅(qū)動力之一,集成電路元器件的尺寸縮小不斷地為我們帶來速度更快、能耗更小、成本更低的工業(yè)與消費電子產(chǎn)品。由于柵極介質(zhì)厚度已經(jīng)逼近物理與技術(shù)極限,人們普遍預(yù)測摩爾定律將在數(shù)年內(nèi)失效,“超越摩爾(More than Moore)”將主導(dǎo)未來的技術(shù)路線。然而,無論未來發(fā)展會是“更多摩爾(More Moore)”,還是“超越摩爾”,快閃存儲技術(shù)都將是繼續(xù)提高片上器件密度(“更多摩爾”),以及開發(fā)各類專用芯片(“超越摩爾”)的關(guān)鍵元素之一。由于三維結(jié)構(gòu)中更高的容量、更小的尺寸,以及更嚴(yán)重的散熱問題,在閃存技術(shù)的發(fā)展方向——GB級別的3D-NAND結(jié)構(gòu)中,柵極介質(zhì)的可靠性問題也更為突出。基于這些原因,本工作主要研究了 MOS器件和納米晶浮柵存儲器件中柵極介質(zhì)的可靠性,探索在應(yīng)力下的缺陷產(chǎn)生、聚合,介質(zhì)恢復(fù)、擊穿的過程及其統(tǒng)計學(xué)本質(zhì),并提出了相應(yīng)的物理模型。本研究工作的主要內(nèi)容和成果如下:(1)高介電常數(shù)薄膜的漏電流特性:研究證明HfO2在外加電場由低到高的情況下依次受到缺陷填充、歐姆電導(dǎo)、P-F發(fā)射、FN隧穿的主導(dǎo)。為了進(jìn)一步抑制漏電流的產(chǎn)生,我們制備并對La...

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
縮略詞表
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 柵極介質(zhì)可靠性概述
    1.3 高k介質(zhì)的可靠性
        1.3.1 用作柵極的高k介質(zhì)
        1.3.2 高k介質(zhì)的擊穿特性
    1.4 納米晶浮柵結(jié)構(gòu)的柵極可靠性
        1.4.1 納米晶尺寸縮小的問題
        1.4.2 納米晶的間距與密度
    1.5 論文研究意義和章節(jié)安排
        1.5.1 論文研究的意義
        1.5.2 論文章節(jié)安排
    本章參考文獻(xiàn)
第2章 高k柵極介質(zhì)器件的制備與表征
    2.1 制備工藝
        2.1.1 高k介質(zhì)制備工藝
        2.1.2 納米晶的制備
        2.1.3 其他工藝流程
    2.2 材料學(xué)表征
        2.2.1 透射電子顯微鏡
        2.2.2 原子力顯微鏡
    2.3 電學(xué)特性表征
        2.3.1 電流-電壓特性
        2.3.2 電容-電壓特性測試
        2.3.3 電流-時間特性測試
    2.4 小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第3章 MOS結(jié)構(gòu)中高k介質(zhì)的電荷輸運研究
    3.1 柵極介質(zhì)中的電荷輸運
        3.1.1 電極限制型導(dǎo)電
        3.1.2 體限制型導(dǎo)電
    3.2 器件制備與表征
        3.2.1 氧化鉿MOS電容制備
        3.2.2 氧化鑭/氧化鈰柵極堆疊結(jié)構(gòu)的制備與表征
    3.3 氧化鉿導(dǎo)電機(jī)理
    3.4 氧化鑭/氧化鈰導(dǎo)電機(jī)理
    3.5 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第4章 MOS結(jié)構(gòu)中高k介質(zhì)的擊穿與恢復(fù)特性
    4.1 介質(zhì)擊穿研究的數(shù)理模型
        4.1.1 應(yīng)力誘生漏電流
        4.1.2 介質(zhì)擊穿與滲透模型
        4.1.3 威布爾分布
    4.2 高k柵極介質(zhì)的恢復(fù)特性
        4.2.1 硬擊穿-恢復(fù)現(xiàn)象統(tǒng)計學(xué)研究
        4.2.2 介質(zhì)恢復(fù)特性的物理本質(zhì)
    4.3 高k柵極介質(zhì)的擊穿特性
        4.3.1 斜坡電壓擊穿法
        4.3.2 缺陷聚合模型在VRS中的應(yīng)用
    4.4 介質(zhì)恢復(fù)對擊穿分布的影響
    4.5 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第5章 納米晶存儲器件的柵極介質(zhì)可靠性
    5.1 納米晶器件可靠性問題概述
    5.2 器件制備與形貌表征
        5.2.1 納米晶材料的選擇
        5.2.2 器件制備工藝流程
        5.2.3 形貌表征
    5.3 器件柵極的電荷輸運
    5.4 器件的存儲特性
        5.4.1 退火溫度對V_FB偏移的影響
        5.4.2 寫入電壓對V_FB偏移的影響
    5.5 器件柵極介質(zhì)的失效分析
        5.5.1 缺陷聚合模型
        5.5.2 柵極介質(zhì)中的電場分布
        5.5.3 介質(zhì)擊穿參數(shù)分析
    5.6 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第6章 納米晶存儲器件中的柵極隨機(jī)電報噪聲
    6.1 RTN測量與特征參數(shù)提取
    6.2 納米晶器件中的RTN
    6.3 電應(yīng)力下的RTN
        6.3.1 納米晶器件應(yīng)力后RTN
        6.3.2 納米晶器件應(yīng)力誘生缺陷的分布
    6.4 RTN的溫度特性
    6.5 本章小結(jié)
    本章參考文獻(xiàn)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 論文主要內(nèi)容
    7.2 論文的主要創(chuàng)新點
    7.3 論文不足之處和未來工作展望
作者簡歷及攻讀博士學(xué)位期間主要成果



本文編號：3871618