HFOを使用した不揮発性メモリコンデンサの充電ストレージと信頼性の特性

フラッシュメモリは、ポータブルガジェットのデータストレージに好まれる選択肢です。不揮発性フラッシュメモリの充電は、標準のフローティングゲートテクノロジーを置き換える主な競争相手です。この作業では、金属/酸化物/高k電荷のトラッピング層/酸化物/SI（MOHO）構造を、フラッシュメモリをトラップするメモリセルとしてのアプリケーションの観点から調査します。2つの異なるスタック、HFO2/Al2O3ナノラミネートとAlドープHFO2が電荷トラッピング層として使用され、SiO2（異なる厚さ）またはAl2O3が酸化トンネリングとして使用されます。メモリセルの電荷貯蔵能力を評価するために、電荷トラッピングとメモリウィンドウ、保持および持久力の特性が研究されています。堆積後の酸素アニーリングの記憶特性に対する影響も研究されています。結果は、これらの特性が、堆積後の酸素アニーリングと酸化物のトンネルの種類と厚さによって最も強く影響を受けることを明らかにしています。アニーリングの前のスタックと3.5 nm SiO2トンネル酸化物は、有利な電荷トラップと保持特性を持っていますが、電界の脆弱性が高いため、耐久性が損なわれます。O2の急速な熱アニーリング（RTA）は、スタックの電子トラッピング（したがって、メモリウィンドウ）を大幅に増加させます。ただし、トンネル酸化物と電荷トラッピング層との間の界面反応のために、おそらく保持特性が低下します。O2アニーリングは、スタックの高い電界感受性を高め、耐久性が向上します。結果は、電子トラップとホールトラップの起源が異なることを強く意味します。穴のトラップはHFO2に関連している可能性が最も高いのに対し、電子トラップはAl2O3に関連しています。これらの発見は、NVMのメモリセルとしてMohos構造をさらに最適化するための有用なガイドとして役立つ可能性があります。

Flash memories are the preferred choice for data storage in portable gadgets. The charge trapping nonvolatile flash memories are the main contender to replace standard floating gate technology. In this work, we investigate metal/blocking oxide/high-k charge trapping layer/tunnel oxide/Si (MOHOS) structures from the viewpoint of their application as memory cells in charge trapping flash memories. Two different stacks, HfO2/Al2O3 nanolaminates and Al-doped HfO2, are used as the charge trapping layer, and SiO2 (of different thickness) or Al2O3 is used as the tunneling oxide. The charge trapping and memory windows, and retention and endurance characteristics are studied to assess the charge storage ability of memory cells. The influence of post-deposition oxygen annealing on the memory characteristics is also studied. The results reveal that these characteristics are most strongly affected by post-deposition oxygen annealing and the type and thickness of tunneling oxide. The stacks before annealing and the 3.5 nm SiO2 tunneling oxide have favorable charge trapping and retention properties, but their endurance is compromised because of the high electric field vulnerability. Rapid thermal annealing (RTA) in O2 significantly increases the electron trapping (hence, the memory window) in the stacks; however, it deteriorates their retention properties, most likely due to the interfacial reaction between the tunneling oxide and the charge trapping layer. The O2 annealing also enhances the high electric field susceptibility of the stacks, which results in better endurance. The results strongly imply that the origin of electron and hole traps is different-the hole traps are most likely related to HfO2, while electron traps are related to Al2O3. These findings could serve as a useful guide for further optimization of MOHOS structures as memory cells in NVM.