新穎SONOS非揮發性記憶體元件製作與特性研究

Abstract

為了改善傳統氧化矽-氮化矽-氧化矽(oxide-nitride-oxide,ONO)結構記憶體的特性，並使元件縮小密度提高、且期望增加操作速度、元件可操作的次數以及保存時間。在此計畫中，我們主要分兩個目標，一為改善傳統ONO結構的特性，將電荷儲存層trap-state的數量提高或採用新穎電荷儲存層材料，使電荷儲存於deep trap-state不易流失，並利用Deep Level Transient Spectroscopy(DLTS)量測方式量測深層缺陷之活化能(activation Energy)、捕捉截面積與濃度等。對ONO結構記憶體之電荷補捉機製作深入的探討。另一為多位元(multi-bits) 的儲存結構，能使記憶體的密度大大地提高。我們將利用高密度電漿化學氣相沈積系統(HDPCVD)製作含有較多trap- state之電荷儲存氮化矽層或其他具有潛力的介電質(SiC、SiCN、GeNO、GeN 和GeO)。由於HDPCVD沈積薄膜，於沈積過程中具有較高的離子轟擊效應，導致形成的薄膜較緻密且電荷捕獲中心(trap)較多，對電子的捕獲效應較佳，期望達到較大的記憶窗，以改善記憶體元件的保存時間。 在多位元(multi-bits) 的儲存結構方面，我們提出一種新穎半導體與絕緣體交錯相疊的似超晶格(quasi-superlattice)結構，作為載子儲存的單元。預期在記憶體特性的表現上，隨著不同的閘極電壓，使電荷儲存在不同層數。期望藉由適當的閘極電壓寫入，讓此記憶體元件具有每個記憶單元(memory cell)多個位元(bit)的操作能力。