HfAlO做俘获层的工艺优化以及电荷损失特性的研究

发布时间：2017-06-05 22:12

  本文关键词：HfAlO做俘获层的工艺优化以及电荷损失特性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：快闪在当前非易失性半导体存储器市场上占据主流地位。随着闪存工艺进入20nm节点，传统的基于浮栅结构的存储器件，在按比例缩小的过程中遇到了严峻的挑战。作为这一技术的突破，基于分立存储技术的存储器获得了深入的研究。基于分立存储技术的存储器主要有纳米晶存储器和电子俘获存储器。电荷俘获存储器利用含有大量缺陷的薄膜存储电荷，实现了电荷的分立存储，提供了一条缓解隧穿氧化层厚度和数据保持能力矛盾的途径。同时为了减小等效氧化层厚度，改善器件性能，高K材料也被提出并广泛应用在电荷俘获存储器中。铪铝氧（HfAlO）作为一种高K材料，应用到电子俘获存储器中能够同时兼有氧化铪和氧化铝两者的优势。既能够保证高的介电常数也能提高器件的热稳定性。本论文主要是针电荷俘获存储器俘获层的能带工程进行进一步的优化，进行了氧化铪、氧化铝堆叠结构的研究，并且利用扫描开尔文探针显微成像分析不同Al含量的HfAlO存储层的电荷损失特性。 在高K材料的能带工程研究方面，我们采用原子层沉积系统（ALD）进行制备。提出了不同氧化铪氧化铝厚度混合做俘获层的样品，并进行了电学测试分析，结果显示提出的结构做俘获层，可使器件比纯氧化铪做俘获层具有最快的编程速度，更大的存储窗口，而且明显的改善了电荷保持特性。这是因为混合样品具有较大的介电常数，合适的氧化铪氧化铝带偏。为了进一步探索结果，研究了不同氧化铪/氧化铝厚度的叠层对存储器性能的影响。结果显示以1nm氧化铪/1nm氧化铝和1nm氧化铪/2nm氧化铝叠层做存储层，因为具有氧化铪氧化铝界面，有效地改善电子俘获存储器的器件性能。 在开尔文探针力显微成像分析方面，应用扫描开尔文探针显微成像技术分析不同铝含量的HfAlO存储层的电荷损失特性。通过KFM测试提取样品的表面电势，估算出不同铝含量的铪铝氧样品的电荷密度。通过对样品表面电势随时间变化的分析，比较了电荷的保持特性，并且对横向扩散和纵向泄漏两种电荷损失机制进行对比。结果显示铝元素的掺入使得铪铝氧材料具有更大的电荷密度、更加优异的电荷保持特性。而且经过对比发现纵向泄漏是电荷损失的主导因素。此外，还通过高温开尔文探针力显微技术提取了样品的激活能，所得结果也很好的支持了之前所得结论。
【关键词】：电子俘获 存储器 铪铝氧开尔文探针力显微镜 电荷损失
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.2 高 K 材料在电子俘获存储器中的应用12-13
• 1.3 本文组织结构13-15
• 第二章 电子俘获存储器简介15-21
• 2.1 电子俘获存储器原理15-16
• 2.2 编程机制简介16-18
• 2.2.1 热沟道电子注入16-17
• 2.2.2 隧穿注入17-18
• 2.3 评价 CTM 器件的性能参数18-19
• 2.4 电荷存储特性测试技术19
• 2.5 小结19-21
• 第三章 铪铝氧做俘获层的沉积工艺优化21-29
• 3.1 器件的制备22-25
• 3.1.1 ALD 沉积系统介绍22-24
• 3.1.2 器件的制备24-25
• 3.2 电学测试结果及分析25-28
• 3.3 小结28-29
• 第四章 KFM 分析不同 Al 含量的 HfAlO 存储层的电荷损失特性29-41
• 4.1 开尔文探针力显微镜技术概述29-34
• 4.1.1 原子力显微镜简介29-31
• 4.1.2 开尔文探针力显微技术简介31-33
• 4.1.3 实验器件的制备33-34
• 4.2 KFM 测试分析34-40
• 4.2.1 电荷密度的提取34-36
• 4.2.2 电子损失机制的比较36-38
• 4.2.3 激活能的提取38-40
• 4.3 小结40-41
• 第五章 总结41-42
• 参考文献42-46
• 发表论文和科研情况说明46-47
• 致谢47-48

【共引文献】

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