基于硅纳米晶的非挥发存储器制备与存储特性
合集下载
一种纳米晶浮栅结构的非挥发性存储单元及其制作方法[发明专利]
![一种纳米晶浮栅结构的非挥发性存储单元及其制作方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/02ae268e25c52cc58ad6bebe.png)
专利名称：一种纳米晶浮栅结构的非挥发性存储单元及其制作方法
专利类型：发明专利
发明人：胡媛,刘明,龙世兵,杨清华,管伟华,李志刚,刘琦
申请号：CN200710099545.2
申请日：20070524
公开号：CN101312213A
公开日：
20081126
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及微电子技术领域，公开了一种纳米晶浮栅结构的非挥发性存储单元，包括：硅衬底1、位于硅衬底1两端上重掺杂的源导电区6和漏导电区7、源导电区6与漏导电区7之间的载流子沟道上覆盖的隧穿介质层2、覆盖在隧穿介质层上的纳米晶电荷存储层3、覆盖在纳米晶电荷存储层上的控制栅介质层4以及覆盖在控制栅介质层上的栅材料层5。
本发明同时公开了一种制作纳米晶浮栅结构的非挥发性存储单元的方法。
利用本发明，提高了浮栅结构的非挥发性存储单元的编程/擦除速度、有效存储能力、数据保持特性、编程/擦除耐受性等存储性能，本发明的方法基于传统CMOS工艺，并且制作工艺简单，提高了制作效率，降低了制作成本。
申请人：中国科学院微电子研究所
地址：100029 北京市朝阳区北土城西路3号
国籍：CN
代理机构：中科专利商标代理有限责任公司
代理人：周国城
更多信息请下载全文后查看。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词: 硅纳米晶; 非挥发存储器; 存储特性; 耐受性; 数据保持 中图分类号: TN3; TP333. 5 文献标识码: A 文章编号: 1003 － 353X ( 2011) 06 － 0421 － 04
Fabrication and Storage Characteristics of Si-Nanocrystal Nonvolatile Memories
硅纳米晶存储器与传统的浮栅存储器相比，具 有以下优点: ①更好的数据保持特性; ②由于硅纳 米晶存储器具有更薄的隧穿氧化层 ( ＜ 5 nm) ，所 以更有利于低电压操作。
尽管硅纳米晶存储器已经取得一系列成果，但 其依然面临着巨大的挑战，在研究机构，主要的研 究内容集中在两端电容结构，由于工艺集成的问 题，很难做成四端器件。本文首次在国内产业线上 以标准工艺制作了四端器件结构，验证了硅纳米晶 存储器在擦除速度，耐受性，数据保持特性方面的 性能，为下一步的产业化做好了充足准备。
摘要: 硅纳米晶非挥发存储器由于其卓越的性能以及与传统工艺的高度兼容性，近来引起高 度关注。采用两步低压化学气相淀积 ( LPCVD) 生长方式制备硅纳米晶 ( Si-NC) ，该方法所制 备的硅纳米晶具有密度高、可控性好的特点，且完全兼容于传统 CMOS 工艺。在此基础上制作四 端硅纳米晶非挥发存储器，该器件展示出良好的存储特性，包括10 V操作电压下快速地擦写，数 据保持特性的显著提高，以及在 105 次擦写周期以后阈值电压 ( Vt ) 飘移低于 10% 的良好耐受 性。该器件在未来高性能非挥发存储器应用上极具潜质。
基金项目: 国家重点基础研究发展计划 ( 973) 资助项目 ( 2010CB934200) ; 国家高技术研究发展 计划 ( 863 计划) 资助项目 ( 2008AA031403) June 2011
巨大的商业成功，但随着半导体技术的进步，逐渐 面临巨大挑战。其主要体现在器件的隧穿介质层厚 度方面: 一方面快速低能耗的擦写操作要求隧穿介 质层尽量薄; 另一方面为了使存储在浮栅中的电荷 可以保持 10 年以上，要求隧穿介质层尽量厚。为 了解决这一矛盾，1995 年 IBM 公司的 S. Tiwari 等
Abstract: Si nanocrystal nonvolatile memories ( NVM ) have received considerable research interests due to their excellent performances and high compatibility with conventional process． The growth of Si-NCs followed a two-step low pressure chemical vapor deposition ( LPCVD) process，which has the advantages of high density and controllability，most important，and it is totally compatible with CMOS process． Based on this，a four terminals nonvolatile memory was fabricated． This device exhibits excellent memory characteristics，including a fast program / erase speed under 10 V operation voltage，and a great improvement of data retention along with good endurance of lower than 10% threshold voltage ( Vt) shift after 105 program / erase cycles． The device has a strong potential for future high-performance nonvolatile memory application．
DOI: 10. 3969 / j. issn. 1003 － 353x. 2011. 06. 002
材料与器件 Materials and Devices
基于硅纳，张满红1 ，张博2 ，刘明1
( 1. 中国科学院 微电子研究所 纳米加工与新器件集成技术实验室，北京 100029; 2. 上海宏力半导体制造有限公司，上海 201203)
Key words: Si nanocrystal ( Si-NC) ; non-volatile memory; storage characteristics; endurance; data retention
EEACC: 1265D; 2550N
0 引言
传统浮栅存储器虽然在过去的几十年里取得了
Semiconductor Technology Vol. 36 No. 6 421
杨潇楠 等: 基于硅纳米晶的非挥发存储器制备与存储特性
人［1］首次提 出 硅 纳 米 晶 应 用 于 非 挥 发 存 储 器 的 概 念。硅纳米晶非挥发存储器由于兼顾了擦写速度与 数据保持特性，近几年逐渐成为传统浮栅存储器的 有力竞争者［2］。
Yang Xiaonan1，2 ，Wang Yong1，2 ，Zhang Manhong1 ，Zhang Bo 2 ，Liu Ming1
( 1. Key Laboratory of Nano-Fabrication and Novel Devices Integrated Technology，Institute of Microelectronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China; 2. Grace Semiconductor Manufacture Corporation，Shanghai 201203，China)
Fabrication and Storage Characteristics of Si-Nanocrystal Nonvolatile Memories
硅纳米晶存储器与传统的浮栅存储器相比，具 有以下优点: ①更好的数据保持特性; ②由于硅纳 米晶存储器具有更薄的隧穿氧化层 ( ＜ 5 nm) ，所 以更有利于低电压操作。
尽管硅纳米晶存储器已经取得一系列成果，但 其依然面临着巨大的挑战，在研究机构，主要的研 究内容集中在两端电容结构，由于工艺集成的问 题，很难做成四端器件。本文首次在国内产业线上 以标准工艺制作了四端器件结构，验证了硅纳米晶 存储器在擦除速度，耐受性，数据保持特性方面的 性能，为下一步的产业化做好了充足准备。
摘要: 硅纳米晶非挥发存储器由于其卓越的性能以及与传统工艺的高度兼容性，近来引起高 度关注。采用两步低压化学气相淀积 ( LPCVD) 生长方式制备硅纳米晶 ( Si-NC) ，该方法所制 备的硅纳米晶具有密度高、可控性好的特点，且完全兼容于传统 CMOS 工艺。在此基础上制作四 端硅纳米晶非挥发存储器，该器件展示出良好的存储特性，包括10 V操作电压下快速地擦写，数 据保持特性的显著提高，以及在 105 次擦写周期以后阈值电压 ( Vt ) 飘移低于 10% 的良好耐受 性。该器件在未来高性能非挥发存储器应用上极具潜质。
基金项目: 国家重点基础研究发展计划 ( 973) 资助项目 ( 2010CB934200) ; 国家高技术研究发展 计划 ( 863 计划) 资助项目 ( 2008AA031403) June 2011
巨大的商业成功，但随着半导体技术的进步，逐渐 面临巨大挑战。其主要体现在器件的隧穿介质层厚 度方面: 一方面快速低能耗的擦写操作要求隧穿介 质层尽量薄; 另一方面为了使存储在浮栅中的电荷 可以保持 10 年以上，要求隧穿介质层尽量厚。为 了解决这一矛盾，1995 年 IBM 公司的 S. Tiwari 等
Abstract: Si nanocrystal nonvolatile memories ( NVM ) have received considerable research interests due to their excellent performances and high compatibility with conventional process． The growth of Si-NCs followed a two-step low pressure chemical vapor deposition ( LPCVD) process，which has the advantages of high density and controllability，most important，and it is totally compatible with CMOS process． Based on this，a four terminals nonvolatile memory was fabricated． This device exhibits excellent memory characteristics，including a fast program / erase speed under 10 V operation voltage，and a great improvement of data retention along with good endurance of lower than 10% threshold voltage ( Vt) shift after 105 program / erase cycles． The device has a strong potential for future high-performance nonvolatile memory application．
DOI: 10. 3969 / j. issn. 1003 － 353x. 2011. 06. 002
材料与器件 Materials and Devices
基于硅纳，张满红1 ，张博2 ，刘明1
( 1. 中国科学院 微电子研究所 纳米加工与新器件集成技术实验室，北京 100029; 2. 上海宏力半导体制造有限公司，上海 201203)
Key words: Si nanocrystal ( Si-NC) ; non-volatile memory; storage characteristics; endurance; data retention
EEACC: 1265D; 2550N
0 引言
传统浮栅存储器虽然在过去的几十年里取得了
Semiconductor Technology Vol. 36 No. 6 421
杨潇楠 等: 基于硅纳米晶的非挥发存储器制备与存储特性
人［1］首次提 出 硅 纳 米 晶 应 用 于 非 挥 发 存 储 器 的 概 念。硅纳米晶非挥发存储器由于兼顾了擦写速度与 数据保持特性，近几年逐渐成为传统浮栅存储器的 有力竞争者［2］。
Yang Xiaonan1，2 ，Wang Yong1，2 ，Zhang Manhong1 ，Zhang Bo 2 ，Liu Ming1
( 1. Key Laboratory of Nano-Fabrication and Novel Devices Integrated Technology，Institute of Microelectronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China; 2. Grace Semiconductor Manufacture Corporation，Shanghai 201203，China)