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基于高k材料的闪存器件研究

基于高K材料的闪存器件研究

作者：陈国星兰州大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： flash存储器高k材料 ALD 退火处理能带工程

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具有高k材料的大功率可集成器件研究

具有高K材料的大功率可集成器件研究

作者：胡斌电子科技大学

学位级别：硕士

智能功率集成电路(SPIC)要求功率半导体器件与低压控制电路可以集成在同一块芯片上,同时希望功率半导体器件的功率密度能尽可能得增大,因此具有大功率可集成特性的新型器件是重要的发展方向。对于绝缘栅双极晶体管(IGBT)和金属氧化物半... 详细信息

智能功率集成电路(SPIC)要求功率半导体器件与低压控制电路可以集成在同一块芯片上,同时希望功率半导体器件的功率密度能尽可能得增大,因此具有大功率可集成特性的新型器件是重要的发展方向。对于绝缘栅双极晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),纵向结构一般具有较大的功率密度,但不能集成化;横向结构因高电位电极分布于器件同一侧,可以进行集成化,但因较大的表面积往往使功率密度降低。且IGBT器件存在的拖尾电流使关断功耗激增,导通电流与关断时间存在折衷关系,无法同时改善。而MOSFET器件的比导通电阻与击穿电压也相互制约,限制了其在高压领域的应用。为了解决上述问题,本论文基于横向绝缘栅双极晶体管(LIGBT)和纵向双扩散MOSFET(VDMOS),通过引入高k材料,分别提出了一种同时具有大功率和可集成化特性的器件。对于LIGBT器件在可集成的基础上提高其功率密度,并消除关断时的拖尾电流;对于VDMOS器件在大功率的基础上实现其集成化,并改善比导通电阻与击穿电压的制约关系。本论文的主要研究工作与仿真内容如下:提出了一种具有高k材料的LIGBT器件,通过在器件表面淀积高k材料和多晶硅层,控制空穴的流动,在关断时消除拖尾电流。对具有不同高k介质层厚度和介电常数的该器件进行仿真并与传统LIGBT比较,发现新型LIGBT不仅可以在关断状态提高器件的击穿电压,而且可以在导通状态和开关转换状态使器件的导通电流密度和关断速度同时得到提高,打破了传统LIGBT导通电流与关断时间的制约关系。对该器件和传统LIGBT一些关键区域的参数发生改变时器件性能的变化进行了仿真比较,发现该器件的导通特性与开关特性始终优于传统LIGBT。提出了一种具有高k材料的可集成VDMOS器件,该器件的高电平电极位于同一侧,可以与其他电路单片集成,同时引入的高k材料可以优化漂移区电场分布改善器件性能参数。对具有不同高k介质介电常数的该器件进行仿真并与可集成VDMOS进行比较,发现新型VDMOS器件阈值电压显著降低,开关速度与可集成VDMOS一样迅速,击穿电压显著提高,比导通电阻有大幅降低,对比导通电阻与击穿电压的制约关系有明显改善。对该器件的关键参数发生变化时的器件特性进行仿真并计算优值,为优化器件结构提供依据。

关键词：横向绝缘栅双极晶体管(LIGBT) 纵向双扩散MOSFET(VDMOS) 高k材料导通电流密度关断时间比导通电阻击穿电压

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高k材料/金属栅电极迈向大规模量产

集成电路应用 2008年第1期25卷 28-32,39页

作者： Reza Arghavani Gary Miner Melody Agustin Applied Materials Inc

到了45纳米技术节点,高介电常数绝缘材料和金属栅电极将被用于制造逻辑电路器件。而采用高金属功函数和能隙工程电荷陷阱的闪存也能从这些项技术中获益。

关键词：栅电极金属高k材料模量技术节点高介电常数电路器件绝缘材料

反铁电薄膜在高k材料上的制备以及在信息存储中的应用

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反铁电薄膜在高K材料上的制备以及在信息存储中的应用

作者：张鑫复旦大学

学位级别：硕士

铁电存储器的存储原理是基于铁电薄膜的剩余极化,即当外加电场或电压撤去后,铁电薄膜仍存在正、负剩余极化值,分别对应于存储器的“1”和“0”数字信息。因此,铁电存储单元无需外电场和电压的维持,仍能保持原有的极化信息。铁电存储器... 详细信息

铁电存储器的存储原理是基于铁电薄膜的剩余极化,即当外加电场或电压撤去后,铁电薄膜仍存在正、负剩余极化值,分别对应于存储器的“1”和“0”数字信息。因此,铁电存储单元无需外电场和电压的维持,仍能保持原有的极化信息。铁电存储器虽然具有一些优异性能,但其研制中仍有一些急待解决的问题,如薄膜材料的选择,优质铁电薄膜要求有大的剩余极化值P和较低的矫顽场E,抗疲劳性能等。 PZT反铁电薄膜是过去的几十年中研究最广泛的一种薄膜材料。本文采用溶胶—凝胶(sol-gel)的方法,制备了PZT反铁电薄膜,并对工艺中的退火温度和铅过量进行了深入研究,这些研究结果改进了PZT反铁电薄膜的工艺方法,优化了薄膜的性能。得出了750℃为最佳的退火温度,铅过量20%为最佳的铅过量程度等结果。之后我们分析了H离子注入PZT铁电薄膜所产生类反铁电现象的机理。 PZT反铁电薄膜具有很多优异的特性,但在外加电压撤掉后,其剩余极化值接近于零,这一性质决定了其不能作为铁电存储器件的材料。本文是在高介电常数材料AlO上通过sol-gel的方法制备PZT反铁电薄膜。通过对反铁电薄膜电滞回线的测量,发现反铁电薄膜存在剩余极化值,并随着AlO/PZT薄膜厚度比的不断增大,剩余极化值P也不断增大。因此,反铁电薄膜的两个剩余极化值既可以作为两种状态被外电路读取,也可以作为调制沟道的源漏极导通状态来区别“0”和“1”。通过对MFIS结构的反铁电电容的C-V测量,发现了反铁电薄膜存在记忆窗口,并且随着外加电压的不断增大,记忆窗口电压也不断增大。这样就使PZT反铁电薄膜可以作为存储信息的材料应用于铁电存储器。

关键词：铁电存储器反铁电薄膜 PZT 高k材料 Al2O3

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名词术语释义——高k材料

微纳电子技术 2005年第7期42卷 317-317页

在不同晶体管之间需要更好的绝缘，以避免电流泄漏。在90nm工艺之后，不同晶体管的间距变得非常之短，电流泄漏现象变得异常严重。虽然采用SOI可以有效隔断各电极向衬底流动的漏电流，使其只能够通过晶体管流动，但它对于同级晶体管之... 详细信息

在不同晶体管之间需要更好的绝缘，以避免电流泄漏。在90nm工艺之后，不同晶体管的间距变得非常之短，电流泄漏现象变得异常严重。虽然采用SOI可以有效隔断各电极向衬底流动的漏电流，使其只能够通过晶体管流动，但它对于同级晶体管之间的阻隔效果并不理想；继续用二氧化硅做为晶体管绝缘层也是不可取的。用高k值的氧化物材料来制造晶体管的栅极，

关键词：高k材料术语释义名词 90nm工艺晶体管氧化物材料电流泄漏泄漏现象二氧化硅漏电流 SOI 绝缘层流动衬底栅极

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多元高k氧化物材料的研究进展

材料导报 2009年第15期23卷 35-39页

作者：苏伟涛王锦程杭州电子科技大学材料物理研究所杭州310018

近年来,多元高k氧化物材料一直是高k材料研究的热点。从材料结构以及物理性能研究方面对多元高k氧化物如多元稀土氧化物、多元过渡金属氧化物、稀土氧化物-过渡金属化合物的最新研究进行了总结。并对高k材料中最有应用潜力的氮氧化物和... 详细信息

近年来,多元高k氧化物材料一直是高k材料研究的热点。从材料结构以及物理性能研究方面对多元高k氧化物如多元稀土氧化物、多元过渡金属氧化物、稀土氧化物-过渡金属化合物的最新研究进行了总结。并对高k材料中最有应用潜力的氮氧化物和叠层栅的物理性能和研究状况进行了评述。

关键词：栅介质薄膜高k材料多元稀土氧化物氮氧化物

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新型高k栅介质材料研究进展

功能材料 2002年第4期33卷 350-353页

作者：章宁琳宋志棠万青林成鲁中国科学院上海冶金所信息功能材料国家重点实验室上海200050

随着半导体技术的不断发展 ,MOSFET (metal oxide semiconductorfieldeffecttransistor)的特征尺寸不断缩小 ,栅介质等效氧化物厚度已小至nm数量级。这时电子的直接隧穿效应将非常显著 ,将严重影响器件的稳定性和可靠性。因此需要寻找... 详细信息

随着半导体技术的不断发展 ,MOSFET (metal oxide semiconductorfieldeffecttransistor)的特征尺寸不断缩小 ,栅介质等效氧化物厚度已小至nm数量级。这时电子的直接隧穿效应将非常显著 ,将严重影响器件的稳定性和可靠性。因此需要寻找新型高k介质材料 ,能够在保持和增大栅极电容的同时 ,使介质层仍保持足够的物理厚度来限制隧穿效应的影响。本文综述了研究高k栅介质材料的意义 ;MOS栅介质的要求 ;主要新型高k栅介质材料的最新研究动态 ;

关键词：研究进展 MOSFET 高k材料栅介质

含酰胺基稀土（La/Gd）配合物的合成与表征以及制备高k薄膜材料和催化ε-己内酯开环聚合的研究

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含酰胺基稀土（La/Gd）配合物的合成与表征以及制备高K薄膜材料和...

作者：王玉龙南京航空航天大学

学位级别：硕士

本论文的工作主要包括两部分：1、通过锂盐交换反应和配体质解反应两种不同的方法合成出一系列酰胺基稀土配合物(Ln=La、Gd),对所得到的化合物分别采用元素分析、X-射线单晶衍射等方法进行测试和表征，并挑选合适的化合物进行热重测试和... 详细信息

本论文的工作主要包括两部分：1、通过锂盐交换反应和配体质解反应两种不同的方法合成出一系列酰胺基稀土配合物(Ln=La、Gd),对所得到的化合物分别采用元素分析、X-射线单晶衍射等方法进行测试和表征，并挑选合适的化合物进行热重测试和MOCVD长膜实验，对得到的薄膜材料通过SEM、XPS进行表征;2、通过酰胺配体与六甲基二硅氮烷镧或六甲基二硅氮烷钆进行质解反应合成出一系列混配型稀土金属配合物，对所得到的化合物分别采用核磁共振、元素分析和X-射线单晶衍射等方法进行测试的表征，另外就其对ε-己内酯催化聚合的性能和机理进行了初步探究。一、酰胺基稀土配合物的合成与表征以及制备高k薄膜材料的研究：首先本文分别通过锂盐交换反应和配体质解反应两种方法合成出一系列含酰胺基的稀土配合物： LaLi[N(SiMe)][Bu(NCO)Ph]·3THF (2a)、 La[Cy(NCO)iPr][Cy(HNCO)iPr](2b)、Gd[Cy(NCO)iPr](2c)、GdO[N(SiMe)][tBu(NCO)Ph](2d)、Gd[tBu(NCO)Ph][tBu(HNCO)Ph](2e)、Gd[tBu(NCO)tBu]·2THF (2f)和La[tBu(NCO)tBu]·2THF (2g);并对化合物2f和2g的热稳定性和成膜性能做了初步研究。二、混配型稀土金属配合物的合成与表征及催化ε-己内酯开环聚合的研究：我们通过酰胺与六甲基二硅氮烷镧或六甲基二硅氮烷钆进行质解反应合成了一系列的混配型化合物：La[N(SiMe3)2]2[R′(NCO)R]·xTHF (1, R=Ph, R′=tBu;2, R=Ph, R′=iPr;3, R=iPr, R′=iPr;4, R=iPr, R′=tBu, x=1);La[N(SiMe3)2][R′(NCO)R]2(5, R=tBu, R′=tBu;6, R=tBu, R′=iPr;7, R=iPr, R′=iPr);Gd[N(SiMe3)2][R′(NCO)R]2(9, R=iPr, R′=iPr;10, R=Ph, R′=iPr);以及化合物La2[N(SiMe)][tBu(NCO)iPr][O(SiMe)](8);并以化合物1，2，3，5，7，9和10作为催化剂对ε-己内酯进行了催化聚合，对其催化机理进行了初步的探讨。

关键词：高k材料 ALD/MOCVD 稀土氧化物酰胺稀土配合物 ε-己内酯开环聚合

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脉冲测量技术越过高k材料电荷捕获的壁垒

集成电路应用 2006年第6期23卷 24-27页

作者： Y.Zhao C.D.Young R.Choi B.H.Lee keithley Instruments Inc. Sematech

由于高介电常数的栅电路结构在俘获电荷机制上存在负面影响,常规的直流量测技术已经捉襟见肘了。脉冲电流-电压量测技术能够彻底解决这一难题,从而得到高介电常数栅电路结构晶体管的本征电学表现。

关键词：高k材料测量技术电荷脉冲高介电常数电路结构量测技术电流-电压晶体管本征