基于ALD生长的氧化铪薄膜器件的电学特性研究
发布时间：2021-06-18 20:24
随着信息时代的到来,数据爆发性的增长要求非易失性存储器（Non-volatile memory,NVM）在开发更高的存储密度等方面快速提升。但是随着摩尔定律极限的接近,器件尺寸的等比例缩小对器件性能产生了根本性的影响。为解决上述问题,电荷俘获型存储器（Charge Trapping Memory,CTM）横空出世。同时,高k材料的优异性能使得其被引入电荷俘获型存储器中,用以提高器件性能。本文开展了基于原子层沉积技术（Atomic Layer Deposition,ALD）的HfO2薄膜生长工艺的研究,分析了以HfO2薄膜分别作为介电层和存储层的电容器、电荷俘获型存储器的电学性能。主要内容如下:本文使用ALD沉积技术制备了在不同吹扫时间和生长温度时的HfO2薄膜,基于以不同生长条件的HfO2薄膜制作了 MOS电容器,并对其电学性能进行系统的分析,以研究生长工艺对器件性能的影响。在研究生长温度对器件性能的影响过程中,对MOS电容器进行C-V、I-V和恒定电压应力（Constant Voltage Stress,CVS）测试,从三个角度分析了 ALD生长温度对HfO2薄膜MOS电容器的影响。...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１浮栅型存储器结构示意图??（ｆｌｏａｔｉｎａｔｅＦＧ）
ｉｎ?Ｓｏｕｒｃｅ??［Ｂｉｔｌｉｎｅ?｜?［?Ｂａｓｅ?ｕｎｉｔ｜?｜?Ｂｉｄｉｏｅ?ｊ?ｊ?Ｂａｓｅ?ｍｕｔｊ??Ｂ?Ｔｆｃｌ?ｂ?ｈ＾ｚｚｆ＾＂??Ｍ－＂■卜．．．．．ｔ＾Ｈ．．．固??Ｌ—－１?—ｒ?３￣－ｆＷ１??１??工￣二??＾??ｉ?ｌ！??Ｍ?ＺＫＺ??—“?＾ＴｗＯｉｉ??４ｒ?｛?Ｓ（Ｊ＜Ｓ）｜???＿３－?Ｔ－－??｜?１?ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ１１?ｂｉｔ?｜?［?１８?（ｊａｎａｉｓｔｏｒ／ｌｄ?ｂｉｔ?｜??图１．２?ＮＯＲ和ＮＡＮＤ存储器结构示意图［４］??为顺应信息时代的发展，浮栅型存储器由于具有非易失性，迅捷的访问速度??和高可靠性等优势，其应用变得相当广泛。浮栅型存储器的应用可以分为两个主??要市常一种是用于代码存储的ＮＯＲ存储器，例如ＰＣ、ＢＩＯＳ，蜂窝电话和ＤＶＤ。??ＮＯＲ存储器由于其快速的随机访问速度而最适合程序或代码储存市常另一种??是用于文件（图片、文字等）存储的ＮＡＮＤ存储器，例如数码相机。同ＮＯＲ存??储器相比，ＮＡＮＤ存储器阵列结构中的多个存储单元串联在一起以共享接触区??域，由于接触面大大减小，ＮＡＮＤ存储器所占空间面积显著减小，从而有利于??提高闪存的存储效率。图１．２展示了?ＮＯＲ和：ＮＡＮＤ存储器的结构示意图［４］。??ＮＡＮＤ存储器与ＮＯＲ存储器由于不能相互兼容，因此有不同的应用前景。??ＮＡＮＤ存储器的最初的目标是替代磁性存储器［５］。最初，胶卷首先被ＮＡＮＤ闪??存的存储卡所取代。实际上，从１９９２年ＮＡＮＤ闪存的生产开始，ＮＡＮＤ闪存已??经广泛应用于新兴产业，并已取代磁存储器。接下来，软盘被ＵＳＢ驱动器
?山东大学硕士学位论文???１．３．１电荷俘获型存储器工作原理??电荷俘获型存储器在擦除／写入过程，通过分别控制存储器的栅极、源和漏上??的电压信号来改变存储层中电荷种类和数量，从而改变存储器的阈值电压，最终??实现不同逻辑状态０或１。其器件结构如图１．３：??１）写入操作时，在控制栅极上施加正电压，衬底中电子在强电场的作用下，??以隧穿的方式通过隧穿层，进入存储层中，被存储层的电子陷阱捕获。??并且在阻挡层的限制下，阻止这些电子向阻挡层和控制栅极泄漏。存储??器的阈值电压将向正向偏移。??２）擦除操作时，在控制栅极上施加负电压，存储层中的电荷在电场的作用??下将脱离陷阱的束缚，并隧穿到衬底。同时衬底中的空穴也会通过隧穿??作用进入存储层，与存储层的电子复合。阻挡层同时会限制电子向栅极??泄漏。此时存储器的阈值电压将发生负向偏移。??３）数据保持时，控制栅极没有外加电压，电荷存储层中的电荷在陷阱的束??缚以及阻挡层和隧穿层的限制下，固定在存储层并保持一段时间。??控制栅ｆ??阻挡层＾??存储层＿????隧穿层????源极?、．＞?■极???１?衬底????图１．３电荷俘获型存储器结构示意图??所以要突破前文提到的器件等比例缩小带来对电荷俘获型存储器的技术限??制，可以从器件的各个结构层入手。如，通过增加存储层电荷陷阱数目来提升数??据存储能力，实现较大的存储窗口，从而实现多值存储，解决了电荷存储数目下??降带来的性能影响；通过选用功函数较大的金属作为控制栅极，可以减少存储电??荷向控制栅极的泄漏；或者针对阻挡层或者隧穿层进行能带工程，通过多能带结??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅片清洗技术及发展[J]. 胡雅倩. 天津科技. 2019(06)
[2]From octahedral structure motif to sub-nanosecond phase transitions in phase change materials for data storage[J]. Zhitang SONG,Sannian SONG,Min ZHU,Liangcai WU,Kun REN,Wenxiong SONG,Songling FENG. Science China（Information Sciences）. 2018(08)
硕士论文
[1]基于高K材料的闪存器件研究[D]. 陈国星.兰州大学 2014
本文编号：3237324
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１浮栅型存储器结构示意图??（ｆｌｏａｔｉｎａｔｅＦＧ）
ｉｎ?Ｓｏｕｒｃｅ??［Ｂｉｔｌｉｎｅ?｜?［?Ｂａｓｅ?ｕｎｉｔ｜?｜?Ｂｉｄｉｏｅ?ｊ?ｊ?Ｂａｓｅ?ｍｕｔｊ??Ｂ?Ｔｆｃｌ?ｂ?ｈ＾ｚｚｆ＾＂??Ｍ－＂■卜．．．．．ｔ＾Ｈ．．．固??Ｌ—－１?—ｒ?３￣－ｆＷ１??１??工￣二??＾??ｉ?ｌ！??Ｍ?ＺＫＺ??—“?＾ＴｗＯｉｉ??４ｒ?｛?Ｓ（Ｊ＜Ｓ）｜???＿３－?Ｔ－－??｜?１?ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ１１?ｂｉｔ?｜?［?１８?（ｊａｎａｉｓｔｏｒ／ｌｄ?ｂｉｔ?｜??图１．２?ＮＯＲ和ＮＡＮＤ存储器结构示意图［４］??为顺应信息时代的发展，浮栅型存储器由于具有非易失性，迅捷的访问速度??和高可靠性等优势，其应用变得相当广泛。浮栅型存储器的应用可以分为两个主??要市常一种是用于代码存储的ＮＯＲ存储器，例如ＰＣ、ＢＩＯＳ，蜂窝电话和ＤＶＤ。??ＮＯＲ存储器由于其快速的随机访问速度而最适合程序或代码储存市常另一种??是用于文件（图片、文字等）存储的ＮＡＮＤ存储器，例如数码相机。同ＮＯＲ存??储器相比，ＮＡＮＤ存储器阵列结构中的多个存储单元串联在一起以共享接触区??域，由于接触面大大减小，ＮＡＮＤ存储器所占空间面积显著减小，从而有利于??提高闪存的存储效率。图１．２展示了?ＮＯＲ和：ＮＡＮＤ存储器的结构示意图［４］。??ＮＡＮＤ存储器与ＮＯＲ存储器由于不能相互兼容，因此有不同的应用前景。??ＮＡＮＤ存储器的最初的目标是替代磁性存储器［５］。最初，胶卷首先被ＮＡＮＤ闪??存的存储卡所取代。实际上，从１９９２年ＮＡＮＤ闪存的生产开始，ＮＡＮＤ闪存已??经广泛应用于新兴产业，并已取代磁存储器。接下来，软盘被ＵＳＢ驱动器
?山东大学硕士学位论文???１．３．１电荷俘获型存储器工作原理??电荷俘获型存储器在擦除／写入过程，通过分别控制存储器的栅极、源和漏上??的电压信号来改变存储层中电荷种类和数量，从而改变存储器的阈值电压，最终??实现不同逻辑状态０或１。其器件结构如图１．３：??１）写入操作时，在控制栅极上施加正电压，衬底中电子在强电场的作用下，??以隧穿的方式通过隧穿层，进入存储层中，被存储层的电子陷阱捕获。??并且在阻挡层的限制下，阻止这些电子向阻挡层和控制栅极泄漏。存储??器的阈值电压将向正向偏移。??２）擦除操作时，在控制栅极上施加负电压，存储层中的电荷在电场的作用??下将脱离陷阱的束缚，并隧穿到衬底。同时衬底中的空穴也会通过隧穿??作用进入存储层，与存储层的电子复合。阻挡层同时会限制电子向栅极??泄漏。此时存储器的阈值电压将发生负向偏移。??３）数据保持时，控制栅极没有外加电压，电荷存储层中的电荷在陷阱的束??缚以及阻挡层和隧穿层的限制下，固定在存储层并保持一段时间。??控制栅ｆ??阻挡层＾??存储层＿????隧穿层????源极?、．＞?■极???１?衬底????图１．３电荷俘获型存储器结构示意图??所以要突破前文提到的器件等比例缩小带来对电荷俘获型存储器的技术限??制，可以从器件的各个结构层入手。如，通过增加存储层电荷陷阱数目来提升数??据存储能力，实现较大的存储窗口，从而实现多值存储，解决了电荷存储数目下??降带来的性能影响；通过选用功函数较大的金属作为控制栅极，可以减少存储电??荷向控制栅极的泄漏；或者针对阻挡层或者隧穿层进行能带工程，通过多能带结??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅片清洗技术及发展[J]. 胡雅倩. 天津科技. 2019(06)
[2]From octahedral structure motif to sub-nanosecond phase transitions in phase change materials for data storage[J]. Zhitang SONG,Sannian SONG,Min ZHU,Liangcai WU,Kun REN,Wenxiong SONG,Songling FENG. Science China（Information Sciences）. 2018(08)
硕士论文
[1]基于高K材料的闪存器件研究[D]. 陈国星.兰州大学 2014
本文编号：3237324
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