纳米SONOS存储器后段低K介质材料及局域存储性能研究

发布时间：2017-05-26 00:09

  本文关键词：纳米SONOS存储器后段低K介质材料及局域存储性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：局部俘获型多晶硅-二氧化硅-氮化硅-二氧化硅-硅(SONOS)存储器运用了多位和多值存储技术,因而得到广泛应用及重视。然而随着存储器尺寸不断缩小及后段铜互连技术的广泛应用,SONOS存储器正面临诸多问题。本论文针对纳米SONOS器件中局域电荷表征问题和后段金属互连中低K介质的可靠性问题开展了一系列实验工作。后段互连系统中,低K介质在降低互连电容、提高互连系统速度性能的同时,由于其柔软、易膨胀和导热少等缺点,对介质的淀积工艺及可靠性带来了一定的挑战。本文通过调节反应物SiH4剂量实现了低K-SiOx介质的制备,并研究了该介质的可靠性。另一方面,SONOS存储器采用CHEI编程和BTBT擦除方式工作,在编程和擦除过程中,由于CHEI注入电子和BTBT注入空穴的空间分布不匹配导致存储层中存在残留电荷堆积。随着器件尺寸不断缩小,电荷堆积的影响越来越严重；但传统电荷表征技术在小尺寸器件中不能精确表征积累电荷分布。本文开发了SONOS器件中的单电子注入技术,并根据该技术提出了一种精确表征存储层中局域电荷分布的方法,为小尺寸SONOS器件的可靠性研究提供了重要的表征方法。主要成果如下：1.通过调节二氧化硅淀积工艺中SiH4剂量制备了低K-SiOx介质；并研究了该低K-SiOx介质的可靠性；发现增大SiH4的剂量可以降低介质的介电常数,但导致介质抗击穿强度减小、经时击穿性能降低。2.基于低压热载流子注入方法实现了纳米SONOS器件中的单个电子注入；结合理论、TCAD仿真及实验,研究了存储层中注入单电子的横向位置及对器件阈值电压的影响。进一步利用单电子效应,通过数据拟合精确表征SONOS存储层中局域电荷的分布。
【关键词】：单电子效应 局域电荷横向分布 金属互连系统 低K-SiOx介质
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-14
• 1.1.1 快闪存储器的发展历程10-12
• 1.1.2 纳米存储器的可靠性研究现状12-14
• 1.2 论文主要研究内容14-15
• 参考文献15-17
• 第二章 SONOS存储器的工作机理及表征17-31
• 2.1 纳米SONOS存储器简介17-18
• 2.2 编程与擦除机制18-24
• 2.2.1 Fowler-Nordheim(FN)隧穿18-19
• 2.2.2 沟道热电子注入19-22
• 2.2.3 衬底偏置辅助热电子注入22-23
• 2.2.4 带-带隧穿23-24
• 2.3 电荷及界面态分布的表征技术24-27
• 2.3.1 电荷泵电流技术(Charge Pumping)24-25
• 2.3.2 亚阈值斜率表征技术25-27
• 2.3.3 反向读阈值电压技术27
• 2.4 本章小结27-29
• 参考文献29-31
• 第三章 利用单电子技术表征SONOS器件中的局域电荷分布31-45
• 3.1 单电子效应简介32-34
• 3.2 单电子注入方法研究34-38
• 3.2.1 低压CHEI注入方法34-35
• 3.2.2 单电子注入的影响因素分析35-37
• 3.2.3 单电子注入对阈值电压的影响37-38
• 3.3 单电子注入位置的表征38-41
• 3.3.1 表征原理介绍38-40
• 3.3.2 实验及结果分析40-41
• 3.4 局域电荷分布的表征41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 参考文献44-45
• 第四章 金属互连中低K-SiOx介质研究45-66
• 4.1 金属互连系统概述45-52
• 4.1.1 双大马士革铜互连工艺45-49
• 4.1.2 低K介质简介49-52
• 4.2 低K介质的可靠性研究52-59
• 4.2.1 可靠性测试结构52-53
• 4.2.2 可靠性研究方法53-59
• 4.3 低K-SiOx介质制备及可靠性研究59-63
• 4.3.1 低K-SiOx介质的制备59-60
• 4.3.2 低K-SiOx介质的可靠性研究60-63
• 4.4 本章小结63-64
• 参考文献64-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 硕士期间成果68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王阳元,康晋锋;超深亚微米集成电路中的互连问题——低k介质与Cu的互连集成技术[J];半导体学报;2002年11期

2 阮刚,陈智涛,肖夏,朱兆e，

本文编号：395338