利用溶膠法沉積高介電常數材料捕陷電荷層之SONOS型記憶體元件

Abstract

傳統浮停閘結構的快閃記憶體，當元件的穿隧氧化層厚度小於10奈米時，原本儲存在複晶矽浮停閘的電荷，很容易因為在氧化層的缺陷，形成漏電路徑，造成原本儲存的資料流失。因此SONOS結構的記憶體元件，被提出是可以解決當元件尺寸縮小時，浮停閘結構所面對的問題。傳統SONOS結構的記憶體元件，是使用氮化矽作為電荷陷捕層，在此種結構內，因為電荷是被儲存在分離式的陷捕位置中，故可改善在浮停閘結構中對於資料保存性的問題。但是因為氮化矽與穿隧氧化層之間的導電帶位能差太低，會使得元件的寫入、抹除速度降低，因此使用高介電常數材料作為SONOS結構的陷捕電荷層，目前正被廣泛研究著。

一般沉積高介電常數材料的方法有許多種，如:原子層沉積法、物理氣象沉積法(濺鍍)、金屬有機沉積法，但是上述的方法所需要的成本相當昂貴。而在本篇論文中則提出了使用溶膠-凝膠法來沉積高介電常數材料作為SONOS結構的陷捕電荷層的方法。溶膠-凝膠法相較於其他方法而言的優點在於成本較便宜，而且可輕易的混合兩種或三種的高介電常數材料。

在本篇論文的第二、三章中，我們使用溶膠-凝膠法用四氯化鉿、四氯化鋯作為前驅物來製備二氧化鉿、以及二氧化鋯薄膜。我們先將前驅物溶入異丙醇中，藉由溶膠-凝膠法在穿隧氧化層上沉積，再經過900度的快速熱退火形成二氧化鉿、以及二氧化鋯薄膜作為SONOS結構的陷捕電荷層。由論文中的物性分析可得知，經過了900度的快速熱退火後，確實已形成了二氧化鉿、以及二氧化鋯薄膜。而電性方面則顯示出用溶膠-凝膠法沉積的高介電常數材料陷捕電荷層是具有儲存電子的記憶體元件的特性，如:快速的寫入/抹除速度、良好的電荷保存能力……等優點。

在本論文的第四章中，我們使用溶膠-凝膠法將二氧化鉿、以及二氧化鋯的前驅物: 四氯化鉿、四氯化鋯混合，一起溶入異丙醇中，藉由溶膠-凝膠法在穿隧氧化層上沉積，再經過900度的快速熱退火形成一種混合雙元的高介電常數材料作為SONOS結構的陷捕電荷層。從論文中的TEM圖可看出，經過了快速熱退火步驟後，在陷捕電荷層中形成了奈米微晶粒。而元件的電性也比之前兩章單一的二氧化鉿、以及二氧化鋯的元件，展示了更大的記憶窗口、較好的電荷保存能力。這項特性應與雙元的高介電常數材料具有比單一的高介電常數材料具有較多的陷捕電荷位置有關。我們相信溶膠-凝膠法是一種簡單、快速且低成本，可以應用在沉積高介電常數材料作為SONOS結構的陷捕電荷層的方法。