WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

из поликремниевого затвора. Применение ZrO2 за счет использования толстого туннельного окисла позволяет значительно замедлить стекание электронов и получить окно памяти 3 В через 10 лет (рис. 5).

На рис. 6 представлена зависимость окна памяти от толщины туннельного диэлектрика для КОТОПструктуры с блокирующим диэлектриком ZrO2. Используемая амплитуда импульса записи / стирания ±11 В.

Увеличение толщины туннельного окисла от 1.5 до 5.0 нм приводит к уменьшению окна памяти от 8 до 3 В. На этом же рисунке показано окно памяти через 10 лет предварительно заряженной электронами или дырками КОТОП-структуры. Измеряемое окно памяти через 10 лет наблюдается при толщине туннельного окисла больше 3.5 нм (рис. 6).

Рис. 5. Характеристики записи / стирания КОТОП-структуры, 5. Обсуждение результатов где в качестве блокирующего диэлектрика используется ZrOс толщиной 8.0 нм. Темными точками показано накоплеЗамена блокирующего диэлектрика двуокиси кремния ние отрицательного заряда, светлыми точками положительс низкой диэлектрической проницаемостью на двуокись ного. Напряжение импульса записи / стирания ±11 В, длициркония с высокой диэлектрической проницаемостью тельность 10 мс. Темными и светлыми квадратами показан в приборах памяти на нанокластерах приводит к двум процесс стекания заряда в закороченном состоянии. Толщина Si-нанокластера 5.0 нм, туннельного SiO2 5.0 нм эффектам: усилению поля в туннельном диэлектрике и Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 752 В.А. Гриценко, К.А. Насыров, Д.В. Гриценко, Ю.Н. Новиков, А.Л. Асеев, Д.Х. Ли, Д.-В. Ли, Ч.В. Ким уменьшению поля в блокирующем диэлектрике. Усиле- 4) уменьшение падения напряжения на блокирующем ние поля в туннельном диэлектрике вызывает экспо- диэлектрике ведет к снижению паразитной инжекции ненциальное увеличение тока инжекции электронов и электронов и дырок из поликремниевого затвора в дырок из кремния в нанокластер, что приводит к уве- режиме записи / стирания.

Моделирование режима хранения заряда показало, личению окна памяти. Также появляется возможность для фиксированного окна памяти уменьшить амплиту- что при использовании SiO2 в качестве блокирующего диэлектрика время хранения заряда составляет не более ду и (или) длительность программирующего импульса.

10 с (для любой толщины туннельного и блокируюЭффект усиления поля в туннельном окисле позволяет щего оксида). При использовании ZrO2, в качестве увеличить его толщину и, таким образом, заблокировать блокирующего диэлектрика, толщиной 8.0 нм и SiO2, в стекание заряда в кремниевую подложку в режиме качестве туннельного, толщиной 5 нм удается получить хранения информации.

при комнатной температуре окно памяти 3В через В настоящее время приборы памяти на нанокластерах десять лет.

с использованием диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью интенсивно исследуются. Так, например, в [12] исследовались приборы с кремниевыми Список литературы нанокластерами, в которых оксид гафния HfO2 использовался в качестве туннельного диэлектрика и в каче[1] S.M. Sze. In: Future Trends in Microelectronics, ed. by стве блокирующего диэлектрика. Подобные приборы с S. Luryi, J. Xu and A. Zaslavsky (John Wiley & Sons, Inc., нанокластерами SixGe1-x изучались в [11]. Однако в 1999) p. 135.

рассмотренных приборах эффект усиления электриче- [2] P. Pavan, R. Bez, P. Olivo, E. Zanony. Proc. IEEE, 85 (5), 1248 (1997).

ского поля в туннельном оксиде отсутствует. Следует [3] J. Bu, M.H. White. Sol. St. Electron., 45, 113 (2001).

отметить, что, по-видимому, впервые запоминающий [4] International Technology Roadmap, http : // public.itrs.net /, прибор на кремниевых нанокластерах, осажденных на (2003).

оксид кремния и покрытых нитридом кремния, был [5] K. Komiya, Y. Omura. J. Appl. Phys., 92 (5), 2953 (2002).

изготовлен в работе [25]. В таком приборе за счет [6] Y.I. Hanafi, S. Tiwari, I. Khan. IEEE Trans. Electron. Dev., высокой диэлектрической проницаемости Si3N4 ( = 7) 43 (9), 1553 (1996).

по сравнению с SiO2 ( = 3.9) наблюдается эффект [7] Y.-C. King, T.-J. King, C. Hu. IEEE Electron. Dev. Lett., 20 (8), усиления поля в туннельном оксиде.

409 (1999).

В модели, используемой в настоящей работе, пред[8] B. De Salvo, G. Gibaudo, G. Pananakakis, P. Masson, полагается, что инжекция носителей через диэлектрик T. Baron, N. Buffet, A. Fernandes, B. Guillaumot. IEEE Trans.

с высокой диэлектрической проницаемостью ограниElectron. Dev., 48 (8), 1789 (2001).

чивается туннельным механизмом Фаулера–Нордгейма.

[9] Z. Liu, C. Lee, V. Narayanan, G. Pen, E.C. Kan. IEEE Trans.

Однако в реальных диэлектриках с высокой диэлектриElectron. Dev., 49 (9), 1614 (2002).

ческой проницаемостью, например Al2O3, HfO2, имеется [10] M. She, T.-J. King. IEEE Trans. Electron. Dev., 50 (9), высокая концентрация ловушек, и проводимость ограни- (2003).

[11] D.-W. Kim, T. Kim, S.K. Banerjee. IEEE Trans. Electron. Dev., чивается ионизацией дефектов по модели Френкеля или 50 (9), 1823 (2003).

по многофононному механизму. Таким образом, для раз[12] J.J. Lee, X. Wang, W. Bai, N. Lu, D.-L. Kwong. IEEE Trans.

работки предлагаемых приборов необходима разработка Electron. Dev., 50 (10), 2067 (2003).

технологии альтернативных диэлектриков с низкой кон[13] G.D. Wilk, R.M. Wallace, J.M. Anthony. J. Appl. Phys., 89, центрацией ловушек и малой величиной токов утечки.

5243 (2001).

[14] E.P. Gusev, E. Cartier, D.A. Buchanan, M. Gribelyuk, M. Copel, H. Okorn-Schmidt, C. D’Emic. Microelectronic Engin., 6. Заключение 59, 341 (2001).

[15] Г.Я. Красников. Конструктивно-технологические осоНа примере использования ZrO2 было показано, что бенности субмикронных МОП транзисторов (М., Техприменение альтернативных диэлектриков в качестве носфера, 2002).

блокирующего слоя в КОТОП-структурах ведет к ряду [16] V.A. Gritsenko, K.A. Nasyrov, Yu.N. Novikov. Proc. 12th преимуществ. А именно:

Workshop on Dielectrics in Microelectronics (WODIM), 1) увеличению электрического поля в туннельном November 18–20, Grenoble, France (2002) c. 179.

оксиде и, следовательно, возрастанию инжекционного [17] V.A. Gritsenko, K.A. Nasyrov, Yu.N. Novikov, A.L. Aseev.

тока. Этот эффект дает возможность при фиксированном Микроэлектроника, 32 (2), 69 (2003).

окне памяти использовать более толстый туннельный [18] V.A. Gritsenko, K.A. Nasyrov, Yu.N. Novikov, A.L. Aseev, диэлектрик, что позволяет увеличить время хранения S.Y. Yoon, J.-W. Lee, E.-H. Lee, C.W. Kim. Sol. St. Electron., заряда;

47 (10), 1651 (2003).

2) при неизменной геометрии КОТОП появляется [19] C. Lee, S. Hur, Y. Shin, J. Ghoi, D. Park, K. Kim. Abstracts возможность использовать более низкие напряжения 2002 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials, записи / стирания;

Nagoya, Japan (2002) c. 162.

3) не изменяя геометрию КОТОП и напряжение запи- [20] V.A. Gritsenko, E.E. Meerson, Yu.N. Morokov. Phys. Rev. B, си / стирания, можно повысить быстродействие; 57, R2081 (1997).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Новый элемент памяти на кремниевых нанокластерах в диэлектрике с высокой... [21] В.А. Гриценко. Строение и электронная структура аморфных диэлектриков в кремниевых МДП-структурах (Новосибирск, Наука, 1993).

[22] V.V. Afanas’ev, M. Houssa, A. Stesmans, G.J. Adrianssen, M.M. Heyns. Microelectronic Engin., 59, 335 (2001).

[23] M. Houssa, M. Tuominen, M. Naili, V. Afanasiev, A. Stesmans, S. Haukka, M.M. Heyns. J. Appl. Phys., 87, (2000).

[24] S. Miyazaki, M. Narasaki, M. Ogasawara, M. Hirose. Microelectronic Engin., 59, 373 (2001).

[25] В.И. Белый, В.В. Воскобойников, А.С. Гиновкер, Е.А. Криворотов, С.П. Синица. Микроэлектроника, 2, 182 (1971).

Редактор Л.В. Беляков A new memory element based on silicon nanoclusters in the ZrO2 dielectric with high permittivity for Electrically Erasable Read Only Memory V.A. Gritsenko, K.A. Nasyrov, D.V. Gritsenko, + + Yu.N. Novikov, A.L. Aseev, J.H. Lee, J.-W. Lee, + C.W. Kim Institute of Semiconductor Physics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, 630090 Novosibirsk, Russia Institute of Automation and Electrometry, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, 630090 Novosibirsk, Russia + Samsung Advanced Institute of Technology, P. O. Box 111, Suwon 440-600, Korea

Abstract

The write / erase and date retention characteristics of memory element based on silicon / oxide / silicon dot / oxide / silicon structure are simulated. Silicon oxide and high-k dielectric (ZrO2) as blocking oxide were used. It was demonstrated, that using of high-k dielectric results in a number of effects: the decreasing of parasitic injection from poly-Si gate, the increasing of the electric field in the tunnel oxide, which makes it possible to increase the bottom oxide thickness, and therefore to increase the date retention, the write / erase voltage can be decrease.

The programming with the impulse ±11 V during 10 ms allows obtaining after 10 years the memory window 3V.

8 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.