基于高K材料的闪存器件研究

【摘要】随着电子信息社会的不断进步,消费市场对于存储技术的要求越来越高。为了提高存储密度,在摩尔定律的推动下,存储器件尺寸不断等比例缩小,导致基于传统多晶硅浮栅的flash技术面临着严重的可靠性问题,如相邻存储单元之间的浮栅耦合、应力导致的电荷泄漏等。为了解决上述问题,基于电荷分立存储技术的电荷俘获型存储器应运而生。同时,人们也开展了用金属替代多晶硅作为浮栅以改善存储器件性能的研究。另外,利用高K材料介电常数高等特点,人们将单一高K材料或者多种高K材料形成的能带结构引入到存储器中,从而形成性能优化的存储器件。高K材料的引入,使存储器件可以实现低压操作,同时其可靠性也有了很大的改善。为了实现电荷俘获型存储器和金属浮栅存储器性能的进一步优化,本文从工艺优化出发,在实现Hf02薄膜性能可控生长和优化后,将高K材料引入到电荷俘获型存储器和金属浮栅存储器中,研究了高K材料对存储器件性能的影响。工作内容主要分为三部分：第一,为了提高Hf02俘获层的陷阱密度,我们开展了Hf02薄膜ALD生长工艺的研究,得到了影响薄膜性能的主要工艺参数,最终可以实现Hf02薄膜的ALD生长控制；第二,为了改善电荷俘获型存储器件的性能,采用所开发的高K薄膜生长工艺,沉积了HfO2、A12O3和HfAlO作为电荷俘获层,进而研究了退火工艺对电荷俘获型存储器A1203阻挡层性能的影响,并提出了一种可以有效改善存储器件性能的方法,即“阻挡层淀积预处理”；第三,为了提高存储密度和降低功耗,采用前述开发的薄膜生长工艺,在TaN金属浮栅器件的隧穿层和阻挡层中引入了高K材料,并主要研究了SiO2/HfO2能带工程双隧穿层对TaN浮栅器件性能的改善。研究结果表明,高K材料生长工艺的优化以及高K材料的引入可以改善存储器件性能,有利于器件实现三维集成技术和多值存储技术。本文从改良薄膜生长工艺和优化器件结构的角度,提供了一种改善器件性能的方法,具有重要的指导意义。
【作者】陈国星；
【导师】刘肃；
【作者基本信息】兰州大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】flash存储器；高K材料；ALD；退火处理；能带工程；

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