SONOS结构非易失性存储器性能研究

发布时间：2019-09-19 20:08

【摘要】：SONOS存储器具有单元尺寸小、操作电压低、与CMOS丁艺兼容等特点,SONOS技术的不断改进推动了半导体存储器向微型化、高性能、大容量、低成本等方向发展。然而,特征尺寸不断缩小、使用环境需求的不断扩大对SONOS存储器的可靠性和稳定性都提出了更加严苛的要求。本论文开展0.13um SONOS存储器的性能研究,通过工艺技术和测试方法改进,提高了器件可靠性、低温特性和干扰特性,并在产品生产中得到应用。针对存储器可靠性研究,本论文在分析器件结构、制造工艺、工作原理、电荷丢失机制及测试方法的基础上,分别优化隧穿氧化层厚度、ONO叠栅形成过程中LPCVD炉管温度、硅片在LPCVD炉管中的位置、隧穿氧化层热退火等工艺参数,以提高SONOS存储器可靠性。大量的对比测试和分析表明,隧穿氧化层厚度与SONOS存储的数据保持能力呈非线性关系,最佳隧穿氧化层厚度主要取决于存储器制作工艺；适当提高ONO叠栅形成过程中LPCVD炉管温度有利于改善存储器可靠性；ONO叠栅形成过程中硅片在LPCVD炉管中的位置对可靠性影响较大,炉管顶部位置制备的存储器寿命是位于底部的50倍；隧穿氧化层形成后进行适当的N2O气氛热退火,电荷泵电流Icp大约降低21.5%,Vte(擦除阈值电压)衰减斜率减少56%,存储器的数据保留能力得到了很大的提高。针对存储器的低温存储特性研究,本文分析了温度对存储器抗擦写能力的影响以及低温失效机制,进行大量器件测试和数据分析,结果表明Vte绝对值过低是低温失效的主要原因。增加300A浅沟槽隔离深度(STI, shallow trench isolation),存储器Vte绝对值提高了约25%,平均寿命也增加了1.25倍；将氢氟酸清洗移到ONO叠栅形成前的预清洗工序最后一步,存储器在-40℃低温下的Vte绝对值改善了约48%,平均寿命也提高了15倍；沟道掺杂浓度的适度增加,虽然导致Vtp(编程阈值电压)减小,但Vte的绝对值则快速增加,有效提升了存储器的抗低温能力；当阈值电压读取时的检测电流Iref降低以后,虽然阈值电压窗口大小没改变,但Vte的绝对值却提升了220%,存储器的低温特性得到了改善。干扰特性方面,本论文重点分析干扰的产生机制、类型、测试方法、对存储器的影响。通过对位线电压和编程／擦除时间的改善,编程干扰得到了降低。本论文较全面地对SONOS存储器进行性能研究及参数优化,且该研究成果已应用在固有深亚微米SONOS存储器的生产中。同时,低温特性研究还推进了SONOS存储器在工业领域中的应用,具有很高的产业价值。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333

【参考文献】