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随着信息技术的不断发展,智能终端数目爆炸式增长,这一过程中存储产业起到了不可忽视的作用。为实现设备轻量化,提升设备运行速率,同时与高速率的传输网络对接,对数据存储产品有了更高的要求,而半导体存储器的发展有力的推动了这些目标的实现。半导体存储器具有重量轻、存储速度快、存储密度高等优点,在当前存储体系中占据了重要的地位。其中Flash存储器是当前应用广泛的存储器类型,其基本存储单元一般分为浮栅型和电荷俘获型(Charge trapping memory,CTM)。在平面结构的存储器转向于3D结构时,结构相对简单的电荷俘获技术成为主要技术方向。电荷俘获型器件的发展过程中,高相对介电常数材料(高κ材料)被引入存储器,甚至趋向于实现全高κ材料堆叠的存储单元,其中A1203高κ材料具有自己独特的优势,普遍应用于存储器件。本文围绕A1203材料制备展开,使用原子层沉积(Atomic layer deposition,ALD)技术,以O3代替H2O作为氧源来制备氧化铝(03-Al203),分析薄膜性质并尝试在CTM中实现应用。本文实验主要分为以下几个内容:1.衬底表面自然氧化层影响:衬底表面自然氧化层(Native oxide layer,NOL)影响薄膜沉积初期前驱体的吸附,进而影响整个薄膜的质量。实验中使用不同方式对衬底进行清洗并对生长的薄膜进行还原性气体退火(Forming Gas Anneal,FGA)处理,得到 RCA+HF、RCA+HF+FGA、Decon、Decon+FGA 四种不同清洗条件下生长的薄膜,以其为介质层制备金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor Capacitance,MOS)器件,测试不同条件下的器件参数。实验中由于衬底表面不同化学状态对薄膜生长的促进或抑制作用,不同衬底上生长的O3-A1203薄膜在FGA处理后有不同的变化。结果表明衬底表面的NOL可提供反应的活性位点,有助于沉积高质量的O3-Al2O3薄膜。2.03 dose时间影响:03 dose时间影响反应的进源量,实验中在含NOL的衬底上制备O3-Al2O3薄膜,03 dose时间按一定梯度设置。以03-Al203薄膜为介质层制备MOS和IGZO-TFT器件。测试发现,随着O3 dose时间增加,03-Al2O3薄膜的介电常数先增大后减小。同时对应IGZO-TFT的迁移率存在相同的变化趋势,其最大值在5 s O3 dose时间处,这是由于ALD反应特点决定的。3.生长温度影响:生长温度直接影响化学反应速率、化学平衡的移动以及薄膜表面的吸附和解吸附。实验中在不同温度下生长O3-Al203薄膜,进行XPS以及AFM表征,并以此制备MOS和IGZO-TFT器件。测试发现,随着生长温度升高薄膜粗糙度得到改善,碳杂质减少,且高温下Al 2p和O Is更接近标准峰。350℃条件制备MOS器件基本不存在滞回,而低于此温度的MOS器件均存在滞回。IGZO-TFT器件随扫描次数增加,传输曲线一直存在漂移。进一步做bias stress测试,MOS器件平带电压漂移存在差异,IGZO-TFT器件漂移趋势基本一致,350℃条件下衬底表面生成较厚氧化硅。随着温度从150℃上升到250℃,边界陷阱密度从2.1 X 1012 cm-2下降到1.6× 1012cm-2。因此,高温改善了成膜质量,在150℃条件下其陷阱密度较大。4.O3-Al2O3在电荷俘获存储器中应用:实验证明O3-Al2O3薄膜具有较多电子陷阱,可运用于CTM中的电荷俘获层。结合XPS价带谱分析,选取150℃为电荷俘获层生长温度,在此基础上制备电荷俘获型存储器。经测试,存储单元在±15V的电压下可以得到11.8V存储窗口,推演至10年,该器件仍然保持44.8%的存储窗口。