HfAlO做俘獲層的工藝優(yōu)化以及電荷損失特性的研究.pdf

1、快閃在當(dāng)前非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器市場(chǎng)上占據(jù)主流地位。隨著閃存工藝進(jìn)入20nm節(jié)點(diǎn)，傳統(tǒng)的基于浮柵結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件，在按比例縮小的過(guò)程中遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。作為這一技術(shù)的突破，基于分立存儲(chǔ)技術(shù)的存儲(chǔ)器獲得了深入的研究?；诜至⒋鎯?chǔ)技術(shù)的存儲(chǔ)器主要有納米晶存儲(chǔ)器和電子俘獲存儲(chǔ)器。電荷俘獲存儲(chǔ)器利用含有大量缺陷的薄膜存儲(chǔ)電荷，實(shí)現(xiàn)了電荷的分立存儲(chǔ)，提供了一條緩解隧穿氧化層厚度和數(shù)據(jù)保持能力矛盾的途徑。同時(shí)為了減小等效氧化層厚度，改善器件性能，高K材

2、料也被提出并廣泛應(yīng)用在電荷俘獲存儲(chǔ)器中。鉿鋁氧（HfAlO）作為一種高K材料，應(yīng)用到電子俘獲存儲(chǔ)器中能夠同時(shí)兼有氧化鉿和氧化鋁兩者的優(yōu)勢(shì)。既能夠保證高的介電常數(shù)也能提高器件的熱穩(wěn)定性。
　　本論文主要是針電荷俘獲存儲(chǔ)器俘獲層的能帶工程進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，進(jìn)行了氧化鉿、氧化鋁堆疊結(jié)構(gòu)的研究，并且利用掃描開(kāi)爾文探針顯微成像分析不同Al含量的HfAlO存儲(chǔ)層的電荷損失特性。
　　在高K材料的能帶工程研究方面，我們采用原子層沉積系統(tǒng)(

3、ALD)進(jìn)行制備。提出了不同氧化鉿氧化鋁厚度混合做俘獲層的樣品，并進(jìn)行了電學(xué)測(cè)試分析，結(jié)果顯示提出的結(jié)構(gòu)做俘獲層，可使器件比純氧化鉿做俘獲層具有最快的編程速度，更大的存儲(chǔ)窗口，而且明顯的改善了電荷保持特性。這是因?yàn)榛旌蠘悠肪哂休^大的介電常數(shù)，合適的氧化鉿氧化鋁帶偏。為了進(jìn)一步探索結(jié)果，研究了不同氧化鉿/氧化鋁厚度的疊層對(duì)存儲(chǔ)器性能的影響。結(jié)果顯示以1nm氧化鉿/1nm氧化鋁和1nm氧化鉿/2nm氧化鋁疊層做存儲(chǔ)層，因?yàn)榫哂醒趸x氧化鋁界

4、面，有效地改善電子俘獲存儲(chǔ)器的器件性能。
　　在開(kāi)爾文探針力顯微成像分析方面，應(yīng)用掃描開(kāi)爾文探針顯微成像技術(shù)分析不同鋁含量的HfAlO存儲(chǔ)層的電荷損失特性。通過(guò)KFM測(cè)試提取樣品的表面電勢(shì)，估算出不同鋁含量的鉿鋁氧樣品的電荷密度。通過(guò)對(duì)樣品表面電勢(shì)隨時(shí)間變化的分析，比較了電荷的保持特性，并且對(duì)橫向擴(kuò)散和縱向泄漏兩種電荷損失機(jī)制進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示鋁元素的摻入使得鉿鋁氧材料具有更大的電荷密度、更加優(yōu)異的電荷保持特性。而且經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)縱