【摘要】：閃存是當(dāng)前非易失性半導(dǎo)體存儲器市場上的主流存儲器件。隨著閃存進(jìn)入20納米工藝節(jié)點,基于傳統(tǒng)浮柵結(jié)構(gòu)的閃存技術(shù)正面臨嚴(yán)重的技術(shù)挑戰(zhàn),如浮柵耦合、電荷泄漏、相鄰單元之間的串?dāng)_問題等。因而,提出了能夠解決以上問題的電荷分立俘獲型存儲器。這種電荷俘獲存儲器件的基本結(jié)構(gòu)是由隧穿層、存儲層和阻擋層等功能層構(gòu)成。本論文主要針對當(dāng)前電荷俘獲存儲器可持續(xù)性縮小過程中的低壓和高可靠性的需求,對阻擋層的材料、結(jié)構(gòu)、后處理方式進(jìn)行了優(yōu)化,以及提出了光照的方法更準(zhǔn)確的測試電容結(jié)構(gòu)中少子參與的速度特性。 本論文首先介紹了如何優(yōu)化阻擋層材料。由于采用傳統(tǒng)的SiO2做阻擋層材料,不能滿足器件持續(xù)按比例縮小的要求,因而,提出了引入高k阻擋層。首先闡明了引入高k材料做阻擋層的原因。這就是阻擋層采用高k材料,能使電場更多的疊加在遂穿層上,從而增大器件的編程擦寫速度。同時,高k阻擋層和大功函數(shù)的金屬電極一起能夠有效的抑制擦除飽和現(xiàn)象。接著,介紹了各種高k阻擋層及其相應(yīng)的存儲器件的性能。接著介紹了如何優(yōu)化阻擋層結(jié)構(gòu)。一種是采用堆疊的高k阻擋層。這樣可以兼具多種高k材料的優(yōu)點。另一種是在阻擋層和俘獲層之間插入siO2層。由于SiO2帶隙寬,那么器件可以在不損失速度的前提下,極大的改善器件的保持特性。然后提出了對阻擋層中常用的Al2O3材料進(jìn)行后處理優(yōu)化。我們實驗中發(fā)現(xiàn)英高溫退火能有效降低Al2O3材料的缺陷密度,從而,改善電荷俘獲型存儲器件的性能。同研究發(fā)現(xiàn)退火氣氛對MANOS器件也有明顯的影響。最后,研究中發(fā)現(xiàn)在電容結(jié)構(gòu)中少子參與的速度特性測試中引入光照。并基于弛豫時間模型,提取了光照和非光照下的時間常數(shù),光照可以有效的減小時問常數(shù)。并且,光照能夠增大器件的編擦速度,使器件的速度和晶體管的速度相一致。
[Abstract]:Flash memory is the mainstream memory device in the current non-volatile semiconductor memory market. With the flash memory entering the 20nm process node, the flash memory technology based on the traditional floating gate structure is facing serious technical challenges, such as floating gate coupling, charge leakage, crosstalk between adjacent units and so on. Therefore, the charge discrete capture memory which can solve the above problems is proposed. The basic structure of this device is composed of tunneling layer, storage layer and barrier layer. In order to meet the demand of low voltage and high reliability in the process of sustainable reduction of charge capture memory, the material, structure and post-processing of the barrier layer are optimized in this paper. And the method of illumination is proposed to test the velocity characteristics of minority carrier in capacitance structure more accurately. In this paper, we first introduce how to optimize the barrier layer material. Because the traditional SiO2 is used as the barrier material, it can not meet the requirement of continuous proportional reduction of the device. Therefore, the introduction of high k barrier layer is proposed. Firstly, the reason of introducing high k material as barrier layer is explained. This is the barrier layer using a high k material, can make the electric field more superimposed on the tunneling layer, thus increasing the device programming erasure speed. At the same time, the high k barrier layer and the metal electrode with large work function can effectively suppress the erasure saturation phenomenon. Then, the performance of various high k barrier layers and their corresponding memory devices are introduced. Then it introduces how to optimize the barrier structure. One is a stacked high k barrier layer. This can have the advantages of a variety of high k materials. The other is to insert the siO2 layer between the barrier layer and the capture layer. Because of the bandgap width of SiO2, the device can greatly improve the device retention characteristics without losing the speed. Then the post-treatment optimization of the Al2O3 materials commonly used in the barrier layer is proposed. We find that annealing at high temperature can effectively reduce the defect density of Al2O3 materials and improve the performance of charge capture memory devices. It is also found that annealing atmosphere has a significant effect on MANOS devices. Finally, it is found that light is introduced into the measurement of the speed characteristics of the minority carriers in the capacitance structure. Based on the relaxation time model, the time constants under illumination and non-illumination are extracted, and the time constant can be reduced effectively by illumination. In addition, the illumination can increase the speed of the device and make the speed of the device consistent with the speed of the transistor.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP333

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本文編號：2239815