应用于纳米器件中高介电常数介质薄膜的可靠性研究
发布时间：2023-12-09 12:56
作为已经持续了数十年的信息技术革命的主要驱动力之一,集成电路元器件的尺寸缩小不断地为我们带来速度更快、能耗更小、成本更低的工业与消费电子产品。由于栅极介质厚度已经逼近物理与技术极限,人们普遍预测摩尔定律将在数年内失效,“超越摩尔(More than Moore)”将主导未来的技术路线。然而,无论未来发展会是“更多摩尔(More Moore)”,还是“超越摩尔”,快闪存储技术都将是继续提高片上器件密度(“更多摩尔”),以及开发各类专用芯片(“超越摩尔”)的关键元素之一。由于三维结构中更高的容量、更小的尺寸,以及更严重的散热问题,在闪存技术的发展方向——GB级别的3D-NAND结构中,栅极介质的可靠性问题也更为突出。基于这些原因,本工作主要研究了 MOS器件和纳米晶浮栅存储器件中栅极介质的可靠性,探索在应力下的缺陷产生、聚合,介质恢复、击穿的过程及其统计学本质,并提出了相应的物理模型。本研究工作的主要内容和成果如下:(1)高介电常数薄膜的漏电流特性:研究证明HfO2在外加电场由低到高的情况下依次受到缺陷填充、欧姆电导、P-F发射、FN隧穿的主导。为了进一步抑制漏电流的产生,我们制备并对La...
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩略词表
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 栅极介质可靠性概述
1.3 高k介质的可靠性
1.3.1 用作栅极的高k介质
1.3.2 高k介质的击穿特性
1.4 纳米晶浮栅结构的栅极可靠性
1.4.1 纳米晶尺寸缩小的问题
1.4.2 纳米晶的间距与密度
1.5 论文研究意义和章节安排
1.5.1 论文研究的意义
1.5.2 论文章节安排
本章参考文献
第2章 高k栅极介质器件的制备与表征
2.1 制备工艺
2.1.1 高k介质制备工艺
2.1.2 纳米晶的制备
2.1.3 其他工艺流程
2.2 材料学表征
2.2.1 透射电子显微镜
2.2.2 原子力显微镜
2.3 电学特性表征
2.3.1 电流-电压特性
2.3.2 电容-电压特性测试
2.3.3 电流-时间特性测试
2.4 小结
本章参考文献
第3章 MOS结构中高k介质的电荷输运研究
3.1 栅极介质中的电荷输运
3.1.1 电极限制型导电
3.1.2 体限制型导电
3.2 器件制备与表征
3.2.1 氧化铪MOS电容制备
3.2.2 氧化镧/氧化铈栅极堆叠结构的制备与表征
3.3 氧化铪导电机理
3.4 氧化镧/氧化铈导电机理
3.5 本章小结
本章参考文献
第4章 MOS结构中高k介质的击穿与恢复特性
4.1 介质击穿研究的数理模型
4.1.1 应力诱生漏电流
4.1.2 介质击穿与渗透模型
4.1.3 威布尔分布
4.2 高k栅极介质的恢复特性
4.2.1 硬击穿-恢复现象统计学研究
4.2.2 介质恢复特性的物理本质
4.3 高k栅极介质的击穿特性
4.3.1 斜坡电压击穿法
4.3.2 缺陷聚合模型在VRS中的应用
4.4 介质恢复对击穿分布的影响
4.5 本章小结
本章参考文献
第5章 纳米晶存储器件的栅极介质可靠性
5.1 纳米晶器件可靠性问题概述
5.2 器件制备与形貌表征
5.2.1 纳米晶材料的选择
5.2.2 器件制备工艺流程
5.2.3 形貌表征
5.3 器件栅极的电荷输运
5.4 器件的存储特性
5.4.1 退火温度对VFB偏移的影响
5.4.2 写入电压对VFB偏移的影响
5.5 器件栅极介质的失效分析
5.5.1 缺陷聚合模型
5.5.2 栅极介质中的电场分布
5.5.3 介质击穿参数分析
5.6 本章小结
本章参考文献
第6章 纳米晶存储器件中的栅极随机电报噪声
6.1 RTN测量与特征参数提取
6.2 纳米晶器件中的RTN
6.3 电应力下的RTN
6.3.1 纳米晶器件应力后RTN
6.3.2 纳米晶器件应力诱生缺陷的分布
6.4 RTN的温度特性
6.5 本章小结
本章参考文献
第7章 总结与展望
7.1 论文主要内容
7.2 论文的主要创新点
7.3 论文不足之处和未来工作展望
作者简历及攻读博士学位期间主要成果
本文编号：3871618
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩略词表
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 栅极介质可靠性概述
1.3 高k介质的可靠性
1.3.1 用作栅极的高k介质
1.3.2 高k介质的击穿特性
1.4 纳米晶浮栅结构的栅极可靠性
1.4.1 纳米晶尺寸缩小的问题
1.4.2 纳米晶的间距与密度
1.5 论文研究意义和章节安排
1.5.1 论文研究的意义
1.5.2 论文章节安排
本章参考文献
第2章 高k栅极介质器件的制备与表征
2.1 制备工艺
2.1.1 高k介质制备工艺
2.1.2 纳米晶的制备
2.1.3 其他工艺流程
2.2 材料学表征
2.2.1 透射电子显微镜
2.2.2 原子力显微镜
2.3 电学特性表征
2.3.1 电流-电压特性
2.3.2 电容-电压特性测试
2.3.3 电流-时间特性测试
2.4 小结
本章参考文献
第3章 MOS结构中高k介质的电荷输运研究
3.1 栅极介质中的电荷输运
3.1.1 电极限制型导电
3.1.2 体限制型导电
3.2 器件制备与表征
3.2.1 氧化铪MOS电容制备
3.2.2 氧化镧/氧化铈栅极堆叠结构的制备与表征
3.3 氧化铪导电机理
3.4 氧化镧/氧化铈导电机理
3.5 本章小结
本章参考文献
第4章 MOS结构中高k介质的击穿与恢复特性
4.1 介质击穿研究的数理模型
4.1.1 应力诱生漏电流
4.1.2 介质击穿与渗透模型
4.1.3 威布尔分布
4.2 高k栅极介质的恢复特性
4.2.1 硬击穿-恢复现象统计学研究
4.2.2 介质恢复特性的物理本质
4.3 高k栅极介质的击穿特性
4.3.1 斜坡电压击穿法
4.3.2 缺陷聚合模型在VRS中的应用
4.4 介质恢复对击穿分布的影响
4.5 本章小结
本章参考文献
第5章 纳米晶存储器件的栅极介质可靠性
5.1 纳米晶器件可靠性问题概述
5.2 器件制备与形貌表征
5.2.1 纳米晶材料的选择
5.2.2 器件制备工艺流程
5.2.3 形貌表征
5.3 器件栅极的电荷输运
5.4 器件的存储特性
5.4.1 退火温度对VFB偏移的影响
5.4.2 写入电压对VFB偏移的影响
5.5 器件栅极介质的失效分析
5.5.1 缺陷聚合模型
5.5.2 栅极介质中的电场分布
5.5.3 介质击穿参数分析
5.6 本章小结
本章参考文献
第6章 纳米晶存储器件中的栅极随机电报噪声
6.1 RTN测量与特征参数提取
6.2 纳米晶器件中的RTN
6.3 电应力下的RTN
6.3.1 纳米晶器件应力后RTN
6.3.2 纳米晶器件应力诱生缺陷的分布
6.4 RTN的温度特性
6.5 本章小结
本章参考文献
第7章 总结与展望
7.1 论文主要内容
7.2 论文的主要创新点
7.3 论文不足之处和未来工作展望
作者简历及攻读博士学位期间主要成果
本文编号：3871618
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3871618.html
