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随着flashmemory在便携式电子设备中的大量应用(比如移动电话、数码照相机、MP3播放器、PDA等),对闪存低功耗和低工作电压的要求越来越高。而编程和擦除效率是决定功耗的重要因素,围绕着如何提高擦除和编程效率这个目的,我们开展了一些工作。
提出了采用高功函数金属栅材料作为NROM的电极来提高擦除效率的设想,实验制备出本征的和不同掺杂的NiSi金属栅NROM,并验证了设想。提出了一种新型栅结构闪存——异质栅闪存——来提高注入效率,并通过模拟进行了验证。此外,作为制备金属栅NROM器件的基础,我们在工艺线上摸索出制备ONO结构的工艺条件,提出了采用稀释氢氟酸的方法来提高顶层氧化层的质量。并对不同温度下形成的NiSi金属栅材料的电学性能进行了研究,优化了NiSi金属栅的形成条件。
取得的主要研究成果有:
1)制备并研究了ONO结构电容的特性,摸索出可行的实验条件,成功采用了稀释氢氟酸的方法来提高顶层氧化层的质量。测量了电容的C-V曲线,得到了平带电压,对各层薄膜质量进行了评估,验证了存储电子的功能,为后面的实验打好了基础。
2)对400℃、450℃、500℃和600℃四个温度条件下RTA形成的NiSi金属栅的材料特性和电学特性进行了研究。比较了不同RTA形成温度下NiSi金属栅的SEM照片和XRD谱。通过C-V测量得到了不同形成温度下NiSi金属栅的功函数,并给出了功函数热不稳定性的物理解释。对不同退火条件下形成的电容样品的可靠性进行评估,得到400℃和450℃是最合适的NiSi金属栅形成的条件。摸索出炉退火形成NiSi的条件,研究了注入杂质对功函数的调整范围,并对一些新材料进行了尝试。
3)提出了采用高功函数的金属栅材料作为NROM闪存的栅电极来提高擦除速度的设想,给出了原理解释。对实验中可能遇到的问题进行了讨论,并设计了工艺解决方法。实验制备了不同掺杂的NiSi以及不掺杂的NiSi金属栅NROM闪存,通过和多晶硅栅NROM闪存的比较,验证了高功函数金属栅确实能够提高擦除速度。
4)针对常规NROM器件CHEI编程注入效率比较低的问题,提出了一种新型栅结构闪存——异质栅闪存,对器件的原理进行了解释。通过模拟,从沟道电势、沟道横向电场、电子速度以及纵向电场验证了器件设计构想。从隧穿电流的模拟得到,种异质栅闪存的编程效率能够有接近一个数量级的提高。最后提出了两种可行的实验方案,并对这两种方法进行了对比。