多介质复合隧穿层的闪存器件研究-电路与系统专业论文.docx

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果.报税所知，陈了义中怜别加以你注和政甜的地方外，论文中不包含其 他人已翩翩掷写过的研究成巢，也不包含为反像 也都付 削他制孔构 的学位 证书而使用泣的付 n.与 ft -网工作的商志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作丁明鸣的说 并我示谢愈. 字位论文山名:好 小今 签字 B .M: 卢7 年 f }J 川 学位论文版权使用授权书 学位论文作，完全了 M是严 *t * 州、使用学位论文的规定- *仅仅 并r::w求事关部门或机构 交论义的复印件和 ê金.兀t于论文It章 电:f? (.[，fl.本人授吨1队1可以将学位论义的全部咸阳内问入刷刷斥进行 险政.吁以R川导印.锦 fp 或扫储却复制 J 段保(1.汇编学位论文. {必威体育官网网址的学位论文在解i后 ìVfl本陀议书) 学位论文问签名:巧哈哈 导师签名; 民句 签字叫:叫革 f 月川 学位it 文作者华业去向: 工fF单位: 通讯地址:  签字 B lI: 电话: 邮编: 寸年 f 月 SB 摘要 摘要 I I 摘要 闪速存储器（Flash Memory）是目前占据统治地位的非易失性半导体存储器 （NVSM）。它具有低功耗，小体积，高密度，可重复擦写等优异的特性。浮栅 器件作为闪存中的主流技术被广泛使用，但是当器件尺寸减小到 65nm以下时， 传统多晶硅浮栅器件将遇到很大的挑战，其中最突出的就是器件擦写速度和可靠 性的矛盾，这主要 与存储器件隧穿介质层的厚度有关：一方面要求隧穿介质层 比较薄，以实现快速有效的P/E操作；另一方面又要求较厚的隧穿介质层，以实 现足够的保持时间。为了克服这个问题，引入高介电常数材料对隧穿氧化层进行 优化，通过多介质复合隧穿介质层的方法来解决：主要有VARIOT和CRESTED 两种堆叠隧穿结构。 本文首先介绍了浮栅存储器的广泛应用和它具有的优势，接着介绍了浮栅存 储器件的结构和特性，工作原理，及其目前所面临的挑战。 本文结合纳米晶和VARIOT堆叠结构，制作了VARIOT堆叠隧穿层的Au纳米 晶MOS存储结构：Si/ SiO2/ HfO2/Au 纳米晶/Al2O3/Al，主要是通过电子束蒸发 加快速热退火成晶的方法，在VARIOT(高k/ SiO2)堆叠隧穿层上制备了Au金属纳 米晶材料。针对该存储结构的电荷存储能力和电荷保持特性进行测试，并对测试 结果进行分析。VARIOT堆叠隧穿层中引入高k材料HfO2，其介电常数是SiO2 材 料的五倍，保证了相同等效氧化层厚度(EOT)的HfO2 介质可以提供数倍于SiO2 材料的物理厚度，有利于提供更好的数据保持特性。实验数据表明隧穿氧化层在 相同等效厚度情况下，VARIOT堆叠隧穿介质具有比单层SiO2隧穿介质更高的物 理厚度，有效降低了漏电流，进一步提高器件的保持特性。 我们还通过理论和MEDICI软件仿真两种方法分析了CRESTED(高k/ SiO2/高 k) 堆叠隧穿 结构 对 浮栅 存储器 件编程 速 度的 影响 。 分析表 明要 折中考虑 CRESTED中高k材料的介电常数和势垒高度，才能设计出合理的CRESTED结构 从而提高存储器件的编程速度。并通过MEDICI模拟得出，在相同等效厚度情况 下，Si3N4/SiO2/Si3N4和Y2O3/SiO2/ Y2O3两种CRESTED堆叠隧穿层浮栅存储器 件的FN隧穿速度是传统浮栅存储器的 100 倍左右。 关键字：非易失性存储器；VARIOT 堆叠隧穿层；冠状势垒隧穿层；高 k 介质。 Ab Abstract II II Abstract Flash Memory dominates the field of NonVolatile Semiconductor Memory today. It has the attractive characteristic of low power, small size, high integration, and rewritability. A device based on floating gate which is mainstream technology is used widely in flash memory. However, this device will encounter bigger challenge when the feature size is scaling down to sub-65nm.The most conspicuous one stems from the tradeoff between the operation speed and reliabil