层叠结构氮化硅阻变器件可靠性研究

发布时间：2020-10-16 02:36

　　 随着信息技术的蓬勃发展,集成电路集成度不断提高,器件的特征尺寸不断缩小,传统的非挥发性存储器正面临着发展瓶颈:不断缩小的器件尺寸使得浮栅的厚度相应减小,然而过薄的栅又将导致漏电流、电击穿等问题出现。对此学界进行了一系列的探索研究,期望能找出突破的方法。具有结构简单、缩放性好、读写速度快、可靠性高、可与CMOS工艺兼容等一系列优点的阻变存储器,是非常有竞争力的下一代非挥发性存储器件,引起了国内外学者的广泛关注。本文针对阻变器件的可靠性展开研究,主要研究内容如下:1.本文为研究SiN_x介质层中不同硅氮比例对器件特性的影响,利用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)制备SiN_x阻变介质层,通过调整SiN_x制备过程中SiH_4和NH_3的比例制备了三组具有不同硅氮比(不同x值)的SiN_x介质层,同时利用DC sputtering(直流磁控溅射)工艺,分别制备Ta和Pt作为顶电极和底电极。测试结果显示不同硅氮比的器件在高阻态电流上存在明显差异,对这一现象进行了深入的研究分析后,提出肖特基势垒调制效应加以解释。2.本文的核心目标是提高阻变器件的可靠性。利用RF sputtering制备SiN_x介质层,因为能提供大量缺陷(Si悬挂键)的原因,选用了Si_3N_4作为靶材制备SiN_x薄膜。使得器件的初始状态有概率为低阻态,省去forming过程。这对于提高器件的可靠性有重要意义。在研究过程中,发现适当提高溅射温度可以提高薄膜的质量,提高致密性减少缺陷和孔洞。3.为进一步提高器件的可靠性,本文利用共溅射技术,在SiN_x薄膜中原位掺入Pt原子,制备出SiN_x/SiN_x:Pt/SiN_x层叠结构,不仅使得器件具有稳定的初始低阻态,且有效降低了器件各操作参数的随机波动程度,提高了器件的保持和耐受特性,实现了具有高可靠性的forming-free RRAM器件制备。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP333;TN432
【部分图文】：

第一章 绪论管的基础上， F.Masuoka 等人于 1984 年提出 Flash 的概念按块擦除”为核心理念的阵列式存储器。在之后的发展过，又分别朝着以高速、可随机存取为诉求目标的代码存储以大容量为诉求目标的文件存储（以 NAND 结构为代表存储密度需求的不断提高，Flash 尺寸的缩放一直遵从摩势如图 1.3 所示[2]。

2.4 几种常见的有机阻变材料分子结构：（a）AIDCN（b）PS（c）8HQ（d）DT（e）2NT（f）PANI（g）TTF（h）PCMB.3 RRAM 阻变模型和导电机制截至目前，有大量材料被发现具有电阻转变的特性，但是电阻转变时材料内部具的物理机制尚不明确，学界目前在这一问题上尚未有统一的意见。但可以肯定的是，存在某种普适的模型或机理能够解释所有不同介质和电极材料的阻变器件。在早期的研究中，人们通常对阻变模型和导电机制两个概念的区分并不十分明确，是归结成“使器件发生阻变行为的原因”这样笼统的概念。但是随着人们研究的深，通过对 I-V 特性曲线的拟合以及原子力显微镜（AFM,Atomic Force Microscope）、射电子显微镜（TEM, Transmission electron microscope）等物理手段的观测，发现前的总结分类有可能存在不一致或是矛盾之处。比如用 AFM 观测到导电细丝的生与断裂，通过曲线拟合却发现符合空间电荷限制电流传输（trap-controlled SCLC）型[66]。实际上，符合空间电荷限制电流传输机制的器件，即使可以用细丝模型解释

3界面处氧空位的俘获和释放引起了能带的弯曲，从而使得肖特基势垒高度发生变化，继而影响材料的电阻值（肖特基势垒高度的变化会影响隧穿电流的大小）。这一模型也被 S.Asanuma 等人用来成功解释 M/Pr1-xCaxMnO3的阻变行为。其他此类的多元金属氧化物也有可见于文献的用这一模型解释阻变行为的报道[68-69]。2.3.2 细丝型细丝模型是目前被广泛适用于各类不同材料器件的一种模型，很多学者从理论推导和实际物理观测的角度对这一模型进行了验证。如 M. Yang 等人用该模型解释了SiNx薄膜的阻变行为[70]；H. D. Kim 等人利用 AFM， 成功观察到 AlN 薄膜中导电细丝的生成[71]，如图 2.5 所示；S. C. Chae 等人也利用 AFM 在 TiO2薄膜中观察到类似现象[72]，如图 2.6 所示；Y. C. Yang 等人利用 TEM 在 ZnO 薄膜中观察到 Ag 导电细丝的存在并利用能量色散 X 射线光谱（EDX, Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy）验证其元素组成[64]。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 韩圣浩;张瑞勤;段会川;戴国才;;a-Si:H中无序对悬挂键电子状态的影响[J];山东大学学报(自然科学版);1990年03期

2 于工,陈光华,张仿清;用计算机模拟研究a-Si:H的悬挂键(英文)[J];固体电子学研究与进展;1989年04期

3 彭彤，叶令，张开明;硫对砷化镓表面悬挂键的饱和作用[J];复旦学报(自然科学版);1995年02期

4 黄香平;肖金泉;邓宏贵;杜昊;闻火;黄荣芳;闻立时;;气相沉积硅薄膜微结构及悬挂键缺陷研究[J];真空科学与技术学报;2011年02期

5 赵谦,王波,严辉,久米田稔,清水立生;退火处理对掺铒氢化非晶硅悬挂键密度和光致荧光的影响[J];物理学报;2004年01期

6 昝育德;硅的位错核心结构无悬挂键[J];半导体学报;1998年06期

7 张晓丹;赵颖;熊绍珍;;薄膜太阳电池系列讲座(13) 硅基薄膜太阳电池(五)[J];太阳能;2012年11期

8 陈光华,张仿清,徐希翔,森本章治,久米田稔,清水立生;掺杂的a-Si_(1-x)C_x:H膜的LESR研究[J];物理学报;1986年04期

9 原小杰,毛干如,王者福;PECVD氮化硅膜氢键及硅悬挂键的研究[J];固体电子学研究与进展;1987年04期

10 陈皖苏 ,林金堵;印制电路词汇(7)[J];印制电路信息;2002年07期

相关博士学位论文 前8条

1 邬小林;萘类分子及其钾掺杂体系的磁性研究[D];湖北大学;2018年

2 郭猛;宽禁带半导体材料的电子结构与性质研究[D];山东大学;2012年

3 王越飞;新型半导体非易失性存储模式的物理机制及器件研究[D];南京大学;2014年

4 王丹;畸变氧八面体中3d~6离子磁能级与载流子钝化机理研究[D];湖南大学;2012年

5 冯春宝;无机光伏材料缺陷的第一性原理研究[D];电子科技大学;2013年

6 韩晗;PtSi/Si界面的掺杂效应及氧化物生长中Si表面电子作用的理论研究[D];复旦大学;2012年

7 张勇;几种半导体纳米材料表面电子结构和磁性研究[D];湖南大学;2014年

8 耶红刚;AlN等半导体表面结构与电子性质的第一性原理研究[D];西安交通大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 姜鹏飞;层叠结构氮化硅阻变器件可靠性研究[D];西安电子科技大学;2019年

2 李彦景;悬挂键对SiC纳米线光电性能的影响[D];燕山大学;2018年

3 黄香平;硅薄膜微结构及悬挂键缺陷研究[D];中南大学;2010年

4 马润香;几种半导体高指数表面电子特性研究[D];郑州大学;2000年

5 邢青青;H_2S钝化对SiC表面的影响[D];西安理工大学;2016年

6 马红妹;非晶硅太阳能电池光致衰减失效机理及可靠性表征方法研究[D];西安电子科技大学;2015年

7 赵谦;a-Si：H中的光致Er荧光及缺陷荧光研究[D];北京工业大学;2003年

8 薛亮;多孔硅复合结构传感性能的研究[D];山东师范大学;2009年

9 肖聪;局域介电方法及其在Si/SiO_2和Si/HfO_2结构上的应用研究[D];电子科技大学;2015年

10 陈娟;氢钝化对Ⅲ-Ⅴ族氮化物量子点电子结构的影响[D];内蒙古大学;2016年

本文编号：2842628