MOS器件栅介质层陷阱的表征方法

随着MOS器件按比例缩小,MOS器件的可靠性问题正成为限制器件性能的一大瓶颈。作为可靠性研究的一个热点和难点,MOS器件栅介质可靠性的研究一直是学术界和工业界研究的重点。普遍认为,栅介质中的陷阱是引起栅介质退化乃至击穿的主要因素,对栅介质中陷阱信息的准确提取和分析将有助于器件性能的优化、器件寿命的预测等。针对几十年来研究人员提出的各种陷阱表征方法,在简单介绍栅介质中陷阱相关知识的基础上,对已有的界面陷阱和氧化层陷阱表征方法进行系统的调查总结和分析,详细阐述了表征技术的新进展。     

电荷俘获存储器阻挡层研究进展

随着非挥发性存储器(NVM)存储单元的特征尺寸进入20 nm节点,使用单层SiO2作为阻挡层的传统电荷俘获存储器结构性能上逐渐受到限制。基于阻挡层在存储器栅堆栈中的作用与基本要求,首先,指出单层SiO2作为阻挡层存在的主要问题,然后对高介电常数材料作为阻挡层时,其禁带宽度、介电常数、内部的缺陷密度以及退火工艺等方面对存储特性的影响进行了分析,同时对近年来研究较多的阻挡层能带工程进行了详细介绍,如SiO2和Al2O3的复合阻挡层结构、多层高介电常数材料的阻挡层结构等。最后,对目前研究进展中存在的问题以及未来的研究方向和趋势进行了总结和展望。     

硅纳米晶存储器的耐受性研究

首先介绍了硅纳米晶粒的制备工艺以及硅纳米晶存储器件的基本特性。接着重点探讨了硅纳米晶存储器耐久性退化的物理机制,发现应力引起的界面陷阱是耐受性退化的主要原因。随后,同时采用多种分析手段,如电荷泵法和CV曲线分析法对界面陷阱的退化机理进行了更深入细致的研究。从界面陷阱在禁带中的能级分布中发现,相较于未施加应力时界面陷阱的双峰分布,施加应力后产生了新的Pb1中心的双峰。最后,分别从降低擦写电压和对载流子预热的角度提出了三种新的编程方法,有效提高了硅纳米晶存储器件的耐受性。     

热载流子应力下超薄栅pMOS器件氧化层陷阱电荷的表征

利用电荷泵技术研究了4nm pMOSFET的热载流子应力下氧化层陷阱电荷的产生行为.首先,对于不同沟道长度下的热载流子退化,通过直接的实验证据,发现空穴陷阱俘获特性与应力时间呈对数关系.然后对不同应力电压、不同沟道长度下氧化层陷阱电荷(包括空穴和电子陷阱俘获)的产生做了进一步的分析.发现对于pMOSFET的热载流子退化,氧化层陷阱电荷产生分两步过程:在较短的应力初期,电子陷阱俘获是主要机制;而随着应力时间增加,空穴陷阱俘获作用逐渐显著,最后主导了氧化层陷阱电荷的产生.     

利用弛豫谱技术对界面陷阱密度和其能量分布的研究

基于界面陷阱的定义,通过分别对亚阈值摆幅漂移和亚阈区栅电压漂移采用弛豫谱技术有效地提取了1.9nm MOS结构中的界面陷阱密度和它的能量分布.发现这两种方法提取的界面陷阱密度的能量分布是自洽的,同时也与文献报道的DCIV等方法的结果是一致的.与其它的提取方法相比,采用弛豫谱技术的这两种方法更加简单和方便.     

一种用于分离pMOS器件热载流子应力下氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对阈值电压退化作用的方法

在电荷泵技术的基础上,提出了一种新的方法用于分离和确定氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对pMOS器件热载流子应力下的阈值电压退化的作用,并且这种方法得到了实验的验证.结果表明对于pMOS器件退化存在三种机制:电子陷阱俘获、空穴陷阱俘获和界面陷阱产生.需要注意的是界面陷阱产生仍然是pMOS器件热载流子退化的主要机制,不过氧化层陷阱电荷的作用也不可忽视.     

利用直接隧穿弛豫谱技术对超薄栅MOS结构中栅缺陷的研究

给出了超薄栅MOS结构中直接隧穿弛豫谱(DTRS)技术的细节描述,同时在超薄栅氧化层(＜3nm)中给出了该技术的具体应用.通过该技术,超薄栅氧化层中明显的双峰现象被发现,这意味着在栅氧化层退化过程中存在着两种陷阱.更进一步的研究发现,直接隧穿应力下超薄栅氧化层(＜3nm)中的界面/氧化层陷阱的密度以及俘获截面小于FN 应力下厚氧化层(＞4nm)中界面/氧化层陷阱的密度和俘获截面,同时发现超薄氧化层中氧化层陷阱的矩心更靠近阳极界面.     

一种用于NAND闪存的奇偶位线块编程补偿算法

为改善数据保持干扰和编程干扰对NAND闪存可靠性的影响,提出了一种新的奇偶位线块编程补偿算法。该算法利用编程干扰效应来补偿由数据保持引起的阈值漂移,修复NAND闪存因数据保持产生的误码,提高了NAND闪存的可靠性。将该算法应用于编程擦除次数为3k次的1x-nm MLC NAND闪存。实验结果表明,在数据保持时间为1年的条件下,与传统奇偶交叉编程算法相比,采用该补偿算法的NAND闪存的误码降低了93%;与读串扰恢复算法相比,采用该补偿算法的NAND闪存的误码下降了38%。     

三维闪存中基于钨互连的空气隙结构的制备工艺

将空气隙应用于逻辑器件后段金属互连线中可以有效降低互连线间的寄生电容,提升电路信号传输速度,但制备过程仍具有一定的困难。基于三维闪存(3D NAND)中后段(BEOL)W的自对准双重图形化(SADP)工艺,利用湿法刻蚀的方法在W化学机械平坦化(CMP)之后去除SiO_2介质层,然后再利用化学气相淀积(CVD)法淀积一层台阶覆盖率较低的介质在金属互连线层内形成空气隙。采用空气隙结构代替原来的SiO_2介质层可降低约37.4%的寄生电容,且薄膜的台阶覆盖率会进一步降低电容。TCAD仿真和电性能测试结果表明,采用该方法制备的空气隙结构可降低互连延迟。     

嵌入式闪存器件技术进展

首先介绍了嵌入式闪存器件的基本工作原理,并根据具体的技术特点和应用整理归纳出了嵌入式闪存器件的三种主流单元结构:单晶体管器件结构、分裂栅器件结构和选择晶体管加存储晶体管的两管器件结构,然后详细分析和比较了这三种器件结构的优缺点。接着进一步重点介绍嵌入式闪存器件近年来的最新发展,列举了传统浮栅器件在65 nm技术代的先进解决方案,并讨论了融合分立电荷陷阱存储概念的新型SONOS和纳米晶存储技术,介绍了该类型技术较之传统浮栅结构的突出优势以及目前的研究进展。最后,对嵌入式闪存技术在32 nm以下节点将遭遇的瓶颈以及进一步发展方向进行分析和展望,给出了可能的解决方案。