Диссертация (1025135), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Однако, вследствие того, что используемые в качестве межзатворных диэлектрических слоёв high-k диэлектрики обладают высокой плотностью дефектов, характеристики ячеек NAND флэш-памяти могут значительно ухудшаться по причиненаличия эффекта «быстрого переноса заряда» (fast charge transition), проявляющегося при чтении информации из ячейки памяти. В связи с данным зарядовымявлением актуальным становится использование стеков high-k диэлектриков,поскольку их применение позволяет подавить вышеуказанный эффект [54].Примером таких стеков могут служить, например, стеки из high-k диэлектрических слоёв Hf0,8Al0,2Ox/Al2O3/Hf0,8Al0,2Ox, HfAlO/SiO2/HfAlO и др. Использование стеков high-k диэлектриков, прежде всего, актуально при проектных нормах45 нм и меньше.
Пример структуры ячейки NAND флэш-памяти (МДП-транзистора), использующей многослойный межзатворный диэлектрик, показан наРис. 1.15.Применение диэлектрического стека high-k диэлектриков позволяет, в частности, улучшить стабильность ширины окна программирования/стирания37ячейки флэш-памяти, повысить надёжность и улучшить рабочие характеристикифлэш-памяти.Рис. 1.15.Схематичное изображение структуры элемента NAND флэш-памяти смногослойным (3-х слойным) межзатворным диэлектриком(диэлектрическим стеком). Layer 1 (high-k) – первый диэлектрический high-kслой многослойного межзатворного диэлектрика; Layer 2 (high-k) – второй диэлектрический high-k слой многослойного межзатворного диэлектрика; Layer 3(high-k) – третий диэлектрический high-k слоймногослойного межзатворного диэлектрикаПомимо использования многослойного межзатворного диэлектрика, однимиз важных нововведений, предложенных Межуниверситетским центром микроэлектроники (IMEC, Лёвен, Бельгия), позволяющих перейти к проектным нормам 20 нм и менее, является использование гибридного плавающего затвора(HFG – Hybrid Floating Gate), включающего в себя, например, поликремниевыйслой и металл с высокой работой выхода, причём металл должен следовать непосредственно перед межзатворным диэлектрическим слоем [53].
Использованиеметалла с высокой работой выхода позволяет увеличить потенциальный барьерна границе раздела плавающий затвор/межзатворный диэлектрик, что уменьшает вероятность стекания заряда с плавающего затвора и, тем самым, улучшаянадёжность элемента NAND флэш-памяти [53, 55]. Помимо вышеуказанного38преимущества, применение гибридного плавающего затвора также позволяетулучшить ряд других характеристик NAND флэш-памяти [55]. Примером гибридногоплавающегозатораможетслужить,например,комбинацияpoly-Si/TiNx, poly-Si/Ru [53, 55]. На Рис. 1.16 приведено схематичное изображение зонной диаграммы элемента NAND флэш-памяти с гибридным плавающимзатором в сравнении с аналогичным элементом с традиционным поликремневым плавающим затвором, иллюстрирующее важность использования концепции гибридного плавающего затвора.Рис. 1.16.Схематичное изображение энергетической зонной диаграммы элемента NANDфлэш-памяти с гибридным плавающим затвором на примереструктуры Si/SiO2/poly-Si/Me/Al2O3/Al в сравнении с зонной диаграммойаналогичной структуры, но с poly-Si затвором, показывающее эффективностьприменения концепции гибридного плавающего затвора [55];Me – металл с высокой работой выходаПомимо межзатворного диэлектрика и плавающего затвора, большое влияние на характеристики NAND флэш-памяти также оказывает туннельно-прозрачный диэлектрик.
Туннельный диэлектрик играет важную роль не только сточки зрения программирования/стирания заряда с плавающего затвора, нотакже и с точки зрения надёжности хранения информации в ячейке. Обычно вкачестве туннельного диэлектрика используют диоксид кремния [55, 56].39Надёжность, время хранения информации, стабильность характеристик идругие параметры, несомненно, играют ключевую роль среди характеристикячеек флэш-памяти [51].
Вследствие этого использование стека high-k диэлектриков в качестве межзатворного диэлектрика и концепции гибридного плавающего затвора, позволяющее улучшить вышеуказанные характеристики, изучение зарядовых явлений, происходящих как в процессе программирования/стирания заряда с плавающего затвора, так и в процессе хранения информации, развитие модельных представлений, а также новых методик исследования отмеченных зарядовых явлений, являются актуальными концепциями и задачами.1.4. Методы исследования зарядовых явлений в тонких диэлектрическихпленках МДП-структурВ настоящее время для исследования зарядовых явлений в тонких диэлектрических пленках МДП-структур в условиях сильнополевой инжекции электронов в основном используются следующие четыре метода [57‒62]: возрастающего напряжения (V-Ramp), возрастающего тока (J-Ramp), постоянного тока(Constant Current или Bounded J-Ramp), постоянного напряжения (Constant Voltage). Каждый из этих методов относительно прост в реализации, оперативен вприменении и может быть использован практически на любом этапе процессаформирования диэлектрических пленок.Воздействие возрастающим напряжением (V-Ramp) начинается с нулевогозначения или с некоторого заранее установленного для данного диэлектриканапряжения, а затем его величина линейно возрастает вплоть до пробоя образца.Метод возрастающей плотности тока (J-Ramp) начинается с некоторого низкогоуровня тока, а затем ток ступенчато увеличивается по экспоненциальному закону (в геометрической прогрессии) до пробоя образца.
Процедура воздействияпостоянным током (Constant Current) предполагает поддержание режима, обеспечивающего протекание через образец постоянной плотности тока, а также измерение приращения напряжения на образце, характеризующее изменение зарядового состояния образца. В методе сильнополевой инжекции заряда постоянным напряжением (Constant Voltage) зарядовое состояние диэлектрической40пленки контролируется по изменению временной зависимости плотности инжекционного тока.
Схематично реализация данных методов показана наРис. 1.17.Метод возрастающего напряжения [57] часто применяют к диэлектрикам,для которых существенную роль играет поведение дефектов в более слабыхэлектрических полях. Начальное напряжение метода возрастающего токовоговоздействия достаточно для создания измеримой величины туннельного тока(данное напряжение обычно значительно выше начального напряжения методавоздействия возрастающим напряжением), поэтому данный метод практическине предназначен для выявления пробоев в слабых электрических полях, однакоон позволяет выявлять пробои в сильных электрических полях за значительноменьшее время, чем метод воздействия возрастающим напряжением.
Методывозрастающего токового воздействия наиболее часто применяются к тестовымструктурам с малыми площадями в качества средства контроля применяемоготехнологического процесса.Метод воздействия ограниченным током (постоянный ток) позволяет обеспечить высокую повторяемость измерения величины заряда, инжектированногодо пробоя ( Qbd ) [1]. В данном методе плотность инжекционного тока увеличивается до установленного уровня и поддерживается до пробоя образца. Накопление большей части заряда Qbd как в методе воздействия возрастающим напряжением, так и в методе возрастающего тока происходит за несколько последнихшагов испытания.Таким образом, в каждом из указанных методов выбор временного шага,условия измерения и размер приращения напряжения или тока оказывают значительное влияние на величину Qbd .
Метод воздействия ограниченным (постоянным) током характеризуется тем, что за время достижения током установленного постоянного значения каждое приращение вносит приблизительно одинаковый заряд в общую величину Qbd , благодаря чему уменьшается зависимостьизмерений от применяемого тестового оборудования.41Рис. 1.17.Временные зависимости напряжений и тока в методах: a - возрастающегонапряжения; b – возрастающего тока; c – постоянного тока;d - постоянного напряженияПо указанным причинам метод воздействия ограниченным током болеевсего подходит для сравнения величин Qbd .Из-за подобных отличий в скорости и величине рабочих полей необходимодля каждой конкретного образца выбирать наиболее подходящий метод. Методвозрастающего токового воздействия позволяет значительно сэкономить времяпри определении плотности дефектов по сравнению с методом воздействия возрастающим напряжением.
Поэтому метод возрастающего тока предпочтительнее использовать при большом объеме выборки или в случаях, когда производительность имеет первостепенное значение. Метод воздействия ограниченным42током наиболее оптимален при определении величины Qbd .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
