曹杨 习凯 徐彦楠 李梅 李博 毕津顺† 刘明

1) (中国科学院大学, 北京 100049)

2) (中国科学院微电子研究所, 北京 100029)

(2018 年 9 月 5 日收到; 2018 年 12 月 18 日收到修改稿)

基于60Co-γ射线和 10 keV X 射线辐射源, 系统地研究了 55 nm 硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元的电离总剂量效应, 并特别关注其电学特性退化的规律与物理机制. 总剂量辐照引起闪存单元I- V特性曲线漂移、存储窗口变小和静态电流增大等电学特性的退化现象, 并对其数据保持能力产生影响. 编程态闪存单元的Id- Vg曲线在辐照后显著负向漂移, 而擦除态负向漂移幅度较小. 对比两种射线辐照, 擦除态的Id- Vg曲线漂移方向不同. 相比于擦除态, 富含存储电子的编程态对总剂量辐照更为敏感; 且相比于60Co-γ射线, 本文观测到了显著的X射线剂量增强效应. 利用TCAD和Geant 4工具, 从能带理论详细讨论了55 nm硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元电离总剂量效应和损伤的物理机制, 并模拟和深入分析了X射线的剂量增强效应.

1 引 言

随着半导体器件特征尺寸的持续微缩, 传统浮栅型闪存面临严重的隧穿氧化层漏电和存储单元间的串扰等问题[1,2], 而基于氮化硅的硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅技术(silicon-oxide-nitride-oxidesilicon, SONOS)可以有效抑制和解决上述瓶颈问题. SONOS具有分立的电荷存储能力、低操作电压和更好的耐受性/保持能力, 制程简单并与互补金属氧化物半导体(complementary-metal-oxidesemiconductor, CMOS)工艺兼容等优势[3−6]. 其结构中富含深能级陷阱的无定形氮化硅层用来存储电子和空穴, 当单一缺陷导致的漏电路……