论文部分内容阅读
随着3D-Flash技术的兴起，基于深能级陷阱存储电荷的非易失性存储技术受到了更加广泛的关注。然而，电荷陷阱型存储器在工艺节点缩小时，器件的可靠性将面临很大的挑战。此外，随着多值存储技术MLC(Multi Level Cell)的兴起和发展，对存储单元的阈值窗口和可靠性有更高的要求。本文以电荷陷阱型存储器SONOS(Poly Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Si)为研究对象，介绍其研究现状、编程/擦除机制和可靠性理论，并使用器件模拟仿真和实验的方法分析器件结构设计和工艺优化对其存储特性的影响。 器件模拟仿真方面开展的工作有：(1)研究不同厚度的Al2O3阻挡层对SONOS存储特性的影响，仿真结果表明器件存储特性与其厚度密切相关，当其厚度为10 nm左右时能取得编程/擦除速度和保持特性(时间为10年)之间的较好折衷；(2)对比研究等效氧化层厚度(EOT)相同的Al2O3和SiO2/Al2O3阻挡层SONOS存储器的存储特性，结果表明后者具有更大的阈值窗口和明显改善的保持特性；(3)对比研究不同SiO2/高k(Al2O3和HfO2)双阻挡层对SONOS存储器存储特性的影响，仿真结果表明HfO2因其大的介电常数，可更好地改善其存储特性；物理厚度相同时，SiO2缓冲层厚度为1.2 nm的SiO2/高k双阻挡层SONOS存储器具有最好的保持特性。 实验方面开展的研究工作有：(1)在不同气氛(NH3、NO和N2O)中对热生长的SiO2隧穿层进行快速热退火处理，研究并比较其对SONOS电容存储器存储性能的影响。实验结果表明，NO退火样品的存储窗口最大、编程/擦除速度最快、疲劳特性及电荷保持力最好。(2)对比研究LaON/SiO2和HfON/SiO2双隧穿层SONOS电容存储器的存储特性。结果表明，LaON较大的介电常数和较小的O扩散系数使得LaON/SiO2双隧穿层SONOS存储器具有更好的存储特性。此外，研究了退火温度对存储特性的影响，结果表明800 oC退火样品的存储特性比700 oC的好。这是因为800 oC的NO退火可在LaON(HfON)中引入更多的N，能更好地释放应力，形成高质量和高可靠性的隧穿层。