金属栅及新型栅结构在flash memory上的应用

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。