高性能Au納米晶半導體存儲器的研制.pdf

1、金屬納米晶非易失性半導體存儲器具有單位面積小、集成密度大、操作電壓低、編程速度快、低功耗以及與現存硅技術兼容等優點，有望取代傳統浮柵非易失性存儲器成為下一代主流的存儲器產品，因此進一步提高金屬納米晶半導體存儲器的性能具有重要意義。本論文主要圍繞提高Au納米晶半導體存儲器的存儲能力展開研究，通過對Au納米顆粒的尺寸、密度、分布等參數的控制及HfO2阻擋層質量的優化，制備出低功耗、大容量的Au納米晶半導體存儲器，為金屬納米晶存儲器的應用打下

2、基礎。論文的主要工作內容和創新點如下:
　　(1)采用射頻磁控濺射結合快速熱退火的方法在SiO2/Si結構上制備了Au納米顆粒，研究了Au納米顆粒形成的影響因素，從而實現Au納米顆粒制備的可控性。結果發現，濺射時間較短時可產生分立的Au納米顆粒，隨著濺射時間的增加，數密度逐漸增大，直至合并成膜;濺射后呈現分立狀態的Au納米顆粒具有較好的熱穩定性，而近似成膜的Au樣品隨退火溫度的升高，其形成的Au納米顆粒呈現先增大后減小的變化。通過

3、降低濺射功率，可以在SiO2/Si結構上制備得到高密度(1.1×1012/cm2)、小尺寸(＜5nm)、尺寸分布集中的Au納米顆粒。此外，還發現Si襯底的摻雜類型和摻雜濃度會影響Au膜的形成，在相同的濺射條件下高摻雜的n+-Si襯底樣品所形成的Au連通膜面積最小，并且經過相同條件的退火處理后，其形成的Au納米顆粒尺寸最小、數密度最大。
　　(2)提出采用N2等離子體處理HfO2介質層的方法來提高薄膜質量，研究了不同等離子體處理功率

4、對HfO2電學特性的影響。結果表明，90W功率處理條件下的樣品獲得了最好的電學性能，氧化層內的陷阱密度得到有效降低，其C-V特性曲線在-6V～6V掃描電壓范圍內的回滯窗口從處理前的1.1V降低到了0.2V，同時其柵漏電流密度也從3.8×10-5A/cm2降低到2.6×10-6A/cm2，并且等效氧化層厚度EOT也得到進一步減小。通過XPS分析發現，對HfO2介質層進行N2等離子體處理的方法能在薄膜中引入N，可鈍化HfO2薄膜中的氧空位，