纳米SONOS存储器后段低K介质材料及局域存储性能研究

作     者：盛迎晓 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：纪小丽

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：单电子效应 局域电荷横向分布 金属互连系统 低K-SiOx介质 

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。