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研究生: 吳泰育
Tai-Yu Wu
論文名稱: 應用堆疊式介電層及氮化電荷儲存層改善SONOS 非揮發性記憶體電特性之研究
Investigation of enhancements on SONOS-type NVM with stacked gate dielectric and nitridation of trapping layers.
指導教授: 張廖貴術
Kuei-Shu Chang-Liao
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 102
中文關鍵詞: SONOS-type MVM
外文關鍵詞: SONOS-type MVM
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  • 摘要
    浮動閘極結構的穿隧氧化層厚度約8nm,而SONOS結構的穿隧氧化層大都在3nm以下,所以如何在穿隧氧化層這麼薄的情況下,仍使元件保証有十年以上的電荷保存力(data retention)是SONOS結構面臨的問題之一,在操作速度方面也是SONOS結構需改善的課題。
    本論文的研究重點主要包含兩個方向:
    (一)、利用能帶工程理論,設計堆疊式的穿隧氧化層及電荷儲存層。藉由High-K材料與矽基板有較小能隙差的特性,使快閃記憶體元件有較佳的寫入/抹除特性,卻不損及元件的電荷保存力。
    (二)、應用電漿沉浸離子佈植(PIII)方式氮化High-K電荷儲存層及穿隧氧化層。藉由PIII有對離子分佈深度控制較佳和離子濃度調整精確等優點,可以精準地氮化電荷儲存層及穿隧氧化層,來提升SONOS-type元件的電荷保存力,解決快閃記憶體將元件之電荷儲存層換成High-k材料後所遇到的問題。


    第一章 序論 3 1.1 前言 3 1.2 快閃記憶體面臨問題 4 1.3 SONOS快閃記憶體的結構及其優點 5 1.4 SONOS快閃記憶體面臨的問題 6 1.5 論文回顧 7 1.6 各章摘要 9 第二章 快閃記憶體元件操作方法 15 2.1寫入與擦拭方法 15 2.1.1通道熱電子注入寫入 15 2.1.2 F-N穿隧寫入 16 2.1.3 F-N穿隧擦拭 17 2.2耐力 18 2.3干擾 19 2.4電荷保持 21 第三章 實驗規劃與元件製程 30 3.1 實驗規劃 30 3.2 電容元件製程 31 3.2.1 晶片刻號及零層(Alignment Mark)曝光 31 3.2.2 晶背歐姆接觸(Ohmic Contact) 32 3.2.3 熱成長穿隧氧化層 32 3.2.4沈積電荷儲存層及穿遂氧化層 32 3.2.5後段製程 34 第四章 不同厚度之穿隧及阻擋介電層對SONOS元件電特性影響 38 4.1研究背景與目的 38 4.2實驗規劃及製程 39 4.3 穿隧氧化層厚度效應 40 4.4 阻擋氧化層厚度的影響 42 4.5 結論 44 第五章 堆疊式穿隧氧化層及電荷儲存層對SONOS-type非揮發性記憶體的影響 57 5.1 研究背景與目的 57 5.2 實驗規劃及製程 59 5.3 堆疊式穿遂氧化層效應 60 5.3.1 寫入結果分析 61 5.3.2 抹除結果分析 62 5.3.3 總結 63 5.4 堆疊式電荷儲存層效應 64 5.4.1 元件TOX40、STK_HFO量測結果分析 64 5.4.2 元件STK_ALO、STK_ALO_HFO量測結果分析 66 5.4.3 總結 67 5.5 結論 67 第六章 電漿沉浸離子佈植方式氮化電荷儲存層及穿隧氧化層之研究 81 6.1 研究背景與目的 82 6.1.1 High-k材料在快閃記憶體中的應用 82 6.1.2 High-k材料所面臨的問題 82 6.1.3 電漿沉浸離子佈植技術原理及優點 83 6.1.4 在電荷儲存層植入氮離子增加電荷保存力 84 6.2 實驗規劃及製程 84 6.3 不同深度及濃度的氮離子對SONOS-type元件影響 85 6.3.1 以二次離子質譜儀量測氮離子植入深度 86 6.3.2 各元件寫入/抹除速度比較 87 6.4 結論 90 第七章 結論與建議 100 結論與建議 100 7.1結論 100 7.2建議 101

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