本文關(guān)鍵詞：納米SONOS存儲(chǔ)器件多值多位存儲(chǔ)技術(shù)研究　出處：《南京大學(xué)》2013年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：如今非揮發(fā)性快閃存儲(chǔ)器在人們生活工作的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的作用,其中局部俘獲型多晶硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅(SONOS)存儲(chǔ)器因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)多值／多位技術(shù)實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ),而受到人們的廣泛的重視和深入的研究。但是隨著器件尺寸不斷縮小,當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)縮小到納米量級(jí)后,在SONOS存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)多值多位存儲(chǔ)面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如由于在編程擦除過(guò)程中注入的電子和空穴的空間分布不匹配性加速了器件耐受特性的退化；在納米SONOS存儲(chǔ)器中分別在源極與漏極實(shí)現(xiàn)兩位存儲(chǔ)時(shí),這兩位相互間的干擾也變得更嚴(yán)重；同時(shí)人們對(duì)于存儲(chǔ)器在保持特性中電荷的主要流失機(jī)制也一直存在爭(zhēng)論。 本篇論文主要針對(duì)在納米SONOS存儲(chǔ)器中出現(xiàn)的這些問(wèn)題,通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)的溝道熱電子注入編程、脈沖激發(fā)襯底熱電子注入編程以及改進(jìn)的襯底加正偏壓溝道熱電子注入編程,這三種局部注入編程方法在90nm SONOS存儲(chǔ)器中的耐受特性與保持特性,并利用測(cè)量電荷泵電流等表征方法來(lái)分析它們對(duì)納米SONOS存儲(chǔ)器多值多位存儲(chǔ)特性的提高。 在耐受性實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)相對(duì)于傳統(tǒng)的溝道熱電子注入編程,另外兩種編程方法都有明顯改善,其中使用改進(jìn)的襯底加正偏壓溝道熱電子注入編程方法的樣品耐受特性表現(xiàn)最好。這與用測(cè)量電荷泵電流等方法表征出其中殘余電荷最少的結(jié)果相一致,說(shuō)明改進(jìn)的襯底加正偏壓溝道熱電子注入編程方法有效地抑制了編程中二次離子注入,減少了存儲(chǔ)層中因?yàn)樽⑷腚姾煞植疾黄ヅ湟鸬哪褪芴匦酝嘶Ｍ瑫r(shí)電子注入范圍變窄還抑制了第二位比特效應(yīng),我們將這種編程方法應(yīng)用于4Bit/4Level操作中,發(fā)現(xiàn)樣品在經(jīng)過(guò)10K次反復(fù)編程擦除后仍有著足夠大的編程窗口,并且將保持特性外推十年后仍然有足夠大的讀取窗口。同時(shí)這種編程方法還避免了襯底與漏極之間的PN結(jié)正偏降低了功耗,并且與產(chǎn)品編程中遞增步長(zhǎng)脈沖編程方法相兼容。 為研究器件在保持過(guò)程中主要的電荷流失機(jī)制,我們對(duì)比經(jīng)過(guò)三種不同編程方法10K次編程擦除操作后樣品的保持特性,因?yàn)檫@三種編程方法中電子注入的空間分布不同,那么經(jīng)過(guò)反復(fù)編程擦除操作后必然會(huì)造成存儲(chǔ)層中殘余電荷分布不同。假設(shè)電荷橫向遷移是主要流失機(jī)制,那么經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間后,樣品的閾值漂移必然會(huì)有差別。但最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果中三者并沒(méi)有明顯的差異,而且對(duì)比在保持特性實(shí)驗(yàn)前后三組樣品電荷泵電流曲線也沒(méi)有明顯的漂移,這與橫向遷移模型明顯矛盾。因此相對(duì)電荷橫向遷移,縱向電荷丟失對(duì)常溫下存儲(chǔ)器保持特性影響更大。
[Abstract]:Nowadays, non-volatile flash memory plays an important role in every field of people's life and work. The locally trapped polysilicon-silicon oxide-silicon nitride-silicon oxide-silicon oxide (SONOS) memory can be used to achieve high density storage through multi-value / multi-bit technology. However, with the continuous reduction of device size, when the process node is reduced to nanometer order of magnitude. The realization of multi-valued multi-bit memory in SONOS memory faces many challenges. For example, due to the mismatch between the spatial distribution of the injected electrons and holes in the programming erasure process, the degradation of the device's tolerance is accelerated. The interference between the two bits becomes more serious when the two bits are stored in the source and drain respectively in the nanometer SONOS memory. At the same time, there has been a debate about the main mechanism of charge loss in memory retention characteristics. This paper mainly aims at these problems in nanocrystalline SONOS memory by comparing the traditional channel hot electron injection programming. Pulse excited substrate hot electron injection programming and improved substrate plus positive bias channel hot electron injection programming. The tolerance and retention characteristics of these three local injection programming methods in 90nm SONOS memory. The methods of measuring charge pump current and other characterization methods are used to analyze the improvement of the multi-valued multi-bit memory characteristics of nanocrystalline SONOS memory. In the tolerance experiment, compared with the traditional channel hot electron injection programming, the other two programming methods are obviously improved. The improved substrate plus positive bias channel hot electron injection programming method has the best resistance performance, which is consistent with the measurement of charge pump current and other methods to characterize the least residual charge. It is shown that the improved substrate bias channel hot electron implantation method can effectively suppress the secondary ion implantation in the programming. At the same time, the narrow range of electron injection also suppresses the second bit effect. We applied this programming method to the 4bit / 4 level operation and found that the sample still had a large enough programming window after 10 K repeated programming erasures. After extrapolating the retention characteristics for ten years, there are still large read windows. Meanwhile, this programming method also avoids the PN junction between the substrate and the drain and reduces the power consumption. And it is compatible with the incremental step pulse programming method in product programming. In order to study the main mechanism of charge loss during the device retention, we compared the retention characteristics of the sample after three different programming methods after 10K programming erasure operation. Because the spatial distribution of electron injection in these three programming methods is different, the residual charge distribution in the storage layer will be different after repeated programming erasure operations. It is assumed that the transverse charge migration is the main loss mechanism. After a long period of time, the threshold shift of the sample will be different, but there is no significant difference among the final experimental results. In addition, there is no obvious drift in the current curve of the three groups of samples before and after the retention characteristic experiment, which contradicts the transverse migration model obviously. Therefore, the relative charge transversal migration is not obvious. The longitudinal charge loss has a greater effect on the memory retention characteristics at room temperature.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：1414388