深亚微米SONOS非易失性存储器的可靠性研究

发布时间：2020-06-04 10:08

【摘要】：随着便携式电子产品的快速发展特别是在工艺特征尺寸小于32nnm以后,浮栅型闪存面临结击穿、短沟道效应、面积大、编程／擦除电压高、漏电过度反常、过擦除等问题。SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)叠栅型存储技术以其低电压、低功耗、易与CMOS工艺兼容特性成为深亚微米乃至纳米工艺代存储技术优选方案之一。随着SONOS器件尺寸的减小,隧穿氧化硅层厚度不断减薄,器件的电荷保持性能及抗擦写能力等可靠性参数成为技术研究的重点之一。本论文主要展开0.13μm SONOS非易失性存储器的可靠性研究,探索了提高SONOS器件电荷保持性能(Data retention)和抗擦写能力(Endurance)的工艺技术。本文在分析SONOS器件结构、工作机制和电荷泄露机制的基础上,研究O.13μm工艺代SONOS器件电荷泄露主要路径,提出工艺改进方法。研究中,制备了大量的SONOS样品,分类开展ONO叠栅退火工艺、隧穿氧化层厚度优化及ONO叠栅形成过程中气流、炉管温度均匀性及成膜温度调整等研究。最终总结得到可靠性参数更优的0.13μmSONOS工艺路线。本文得到的工艺优化方法有如下几占. 一、在隧穿氧化层形成工艺步骤后进行适当的N2O气氛退火,通过对SONOS器件进行C-V、C-P测量表明：退火后,电荷泵电流值Icp减小约为27.8%,器件阈值电压的退化速率也明显减小；二、隧穿氧化层厚度与器件的电荷保持性能并不是呈简单的线性关系,工艺特征尺寸的不同,最佳隧穿氧化层厚度也不同；三、ONO成膜过程中,炉管气流和温度的均匀性均对器件可靠性有影响,位于顶层的器件寿命中值更是位于底层的5倍；四、适当的ONO成膜温度有利于提高器件可靠性。研究中,通过温度调整,使得Vte劣化速度降低了68.4%。Vtp劣化速度降低了19.3%。本文工作为提高SONOS器件性能提供了理论和技术支撑,也为特征尺寸不断缩小的SONOS存储器研究和高水平量产打下了有益的基础。
【图文】：

不均匀分布,氮化硅,能带结构,锥形

2011届华东师范大学硕士研究生学位论文5ONOS器件氮化硅层的改进锥形能带结构的氮化硅层{”1{]21[’”]Hua一ChingChien，Kuo一HongWu等人通过控制淀积氮化硅过程中的气体例，使氮化硅中的氮硅比例不均匀分布。靠近隧穿氧化层(Tunnelingoxide)处氮化硅含有相对较高的硅原子，靠近调度氧化层处担lockingoxide)的氮化硅含相对较高的氮原子。这种情况下形成了氮化硅的锥形能带结构，，如图1.111‘〕。过与带有普通的氮化硅层、含有相对较高硅原子的氮化硅层SONOS器件相比较，锥形能带结构的氮化硅层中具有比较高的捕获效率。而且氮化硅与隧穿氧化层间的势垒高度增加，使存储在氮化硅层中的电子再通过隧穿氧化层回穿到衬底几率大大降低。

能带结构,器件,原子,氮化硅

最终形成的soNos器件的能带结构图如图1.211叼。含氮量较高的SONOS器件中，氮化硅与上下的氧化层氮化硅高，这样就会降低存储在氮化硅中的电荷从氮化器件的数据保持能力提高。而且，从衬底跃迁出的电荷，然后迁移到附近比较深的捕获点。这种不均匀结构的化硅层电荷捕获率更高。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN406;TP333

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