鍺基板上不同界面層工程的穿隧氧化層對電荷陷阱式記憶體操作特性

Engineering of tunneling oxide with different interfacial layers on operation characteristics of charge-trapping memory devices with Ge substrate

鄭仁瑋(Jen-Wei Cheng)

指導教授 ： 張廖貴術

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2012年)

摘要

由於浮動式閘極快閃記憶體無法滿足元件微縮發展的趨勢，因此利用電荷陷阱式快閃記憶體式取代浮動式閘極結構元件是未來發展的趨勢。然而傳統SONOS元件以氮化矽做為電荷儲存層的結構，在發展到次微米以下時就無法再以降低穿隧氧化層厚度的方式來提升元件操作效率，因此便引進了高介電值材料來取代傳統ONO結構以提升元件操作特性。而使用鍺基板取代矽基板，藉由能帶工程讓通道上會有更多的電子電洞對可以被產生，希望藉此異質材料的應用可以達到較快的操作速度。
本實驗用電容結構，在穿隧氧化層中，比較不同電漿處理的界面層，藉由改變界面層材料及堆疊的結構，探討對於電荷陷阱式快閃記憶體元件的效率影響。以電容結構，為了先模擬一個在鍺基板上的快閃記憶體電容元件，我們首先在鍺基板上選擇簡單易形成的界面層，二氧化鍺應用於快閃記憶體上。並發現二氧化鍺堆疊的界面層擁有好的品質。之後，再比較二氧化鍺和氮氧化鍺不同界面層的操作特性，藉由堆疊的界面層方式，來探討對於電荷陷阱快閃記憶體元件的操作特性影響。最後再以電容結構，比較單層或堆疊的氮氧化鋁以及比較不同的界面層，來探討界面層對於電荷陷阱快閃記憶體元件的操作特性影響。
而經由實驗結果發現，使用二氧化鍺作為界面層的元件，可以有效的提升快閃記憶體的操作速度，而且可靠度在可接受的範圍。使用氮氧化鍺作為界面層的元件，耐久力可以接近100K次，而氮氧化鋁作為界面層的元件，特性則在前兩者界面層材料之間。皆具有比矽基板元件更快的操作速度，並同時能些許提升快閃記憶體之可靠度特性。

關鍵字

快閃記憶體 ； 高介電值材料 ； 鍺基板 ； 界面層

並列摘要

無資料

並列關鍵字

flash memory ； high-k ； Ge-substrate ； interfacial layer

參考文獻

[32] Heiji Watanabe*, Katsuhiro Kutsuki, Iori Hideshima, Gaku Okamoto,

[22] S. S. Chung, S. T. Liaw, C. M. Yih, Z. H. Ho, C. J. Lin, D. S. Kuo, and M. S. Liang, “N-Channel Versus P-Channel Flash EEPROM Which one has better reliabilities”, in IEEE Annual lnternatlonal Relrablllty Physics Symposium, 2001, pp. 67-72.

[2] Marvin H. White, et al., “On the Go with SONOS”, IEEE Circuit &Device, JULY 2000, p. 22.

[4] Jiankang Bu, et al., “Retention reliability enhanced SONOS NVSM with scaled programming voltage”, IEEE Aerospace Conference paper, vol. 5, 2001, pp. 5-2383.

[5] K.Tamer San, et al., “Effects of erase source bias on Flash EPROM device reliability”, IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 42, No.1, JANUARY 1995, p. 150.