第三章 記憶體的電容特性
3.3 資料保存能力特性分析
在這一節中我們討論了不同量測條件下 retention 的特性，由圖
3.11 秀出電荷的漏失機制，熱離子放射主導了電荷漏失，圖 3.12 顯 示 SONOS 分別在 25oC、85oC、150oC、250oC 條件在沒有 NanoCrystals 的 retention 特性，在增加溫度的情況下電荷漏失會變得較嚴重，而圖
3.13 秀出 SONOS 有 NanoCrystals 的 retention 特性，retention 特性比 沒有 NanoCrystals 的 SONOS 來的佳，在寫入 VFB 偏移 2V 後，電荷 會儲存在 Si3N4 的 traps 中以及 NanoCrystals 的 trapping sites 內，而 NanoCrystals 會使電荷儲存在深層的能階中，換句話說，電荷不易從 Si3N4中的量子井漏失或是轉移到低能隙的材料，因為電荷被限制住 了，這樣良好的 retention 特性秀在圖 3.14。
圖 3.15(a)-(b)秀出 NanoCrystals SONOS 記憶體分別在 25oC 和 85oC 條件於寫入窗 2V 下 retention 特性圖，圖 3.16(a)-(b)秀出 NanoCrystals
SONOS 記憶體分別在 150oC 和 250oC 條件於寫入窗 2V 下的保存能 力特性圖，當在低溫時，retention 並沒有很清楚的趨勢；當上升到高 溫時，retention 特性可以很明顯的被觀察出，埋入 NanoCrystals 在記 憶體中引致 retention 提升，但尺寸(14nm)的 NanoCrystals 特性不是最 好的，從 AFM 分析可看出，實際上的尺寸略低於 14nm，因此，我 們必須將量子效應考慮進來，如果我們考慮量子效應，能階在量子井 是離散的，小的量子井使電荷嚴重漏失，所以 14nm 的 NanoCrystals SONOS 沒有最好的 retention 特性，再來考慮 37nm 的 NanoCrystals
，由圖可看出較差的 retention 特性，而我們解釋為 NanoCrystals 成長 太大顆，導致 NanoCrystals 聚集在一起，結構可能形成 Si 薄膜，換 句話說，結構就像是 F-G 薄膜，基於此原因，會形成嚴重的電荷漏 失效應。
圖 3.1 Si3N4表面 AFM 影像圖，其中 R.M.S.為 0.343 nm，Ra 為 0.277 nm。
圖 3.2 Si3N4表面有矽奈米晶體 100 秒沉積 AFM 影像圖，其中 R.M.S.
為 1.872 nm，Ra 為 1.468 nm。
圖 3.3 Si3N4表面有矽奈米晶體 50 秒沉積 AFM 影像圖，其中 R.M.S 為 0.964 nm，Ra 為 0.697 nm
為 0.799 nm，Ra 為 0.619 nm
圖 3.4 Si3N4表面有矽奈米晶體 40 秒沉積 AFM 影像圖，其中 R.M.S 為 0.799 nm，Ra 為 0.619 nm
圖 3.5 Si3N4表面有矽奈米晶體 20 秒沉積 AFM 影像圖，其中 R.M.S 為 0.606 nm，Ra 為 0.470 nm
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
0 10 20 30 40 50
60 Program Voltage 25V10 s
Capacitance (pF)
VG (V) Control
Initial Program Si-NCs 22 nm
Initial Program
△VFB=2.65 V
△VFB=1.55 V
圖 3.6 電容-電壓曲線在 25 伏 10 秒條件下對 VFB偏移求值
14 16 18 20 22 24 26
Program Voltage (V) V FB Shift (V)
Control (without Si-NCs) program time 5s program time 10s
(a)
Program Voltage (V) Si-NCs 10sccm Deposition 20s Size:14 nm
Program time 5s Program time 10s
(b)
圖 3.7(a)控制樣品的VFB偏移圖(b)矽奈米晶體 SONOS尺寸 14nm於 寫入電壓 15V, 20V, 25V對於時間5秒和10 秒的VFB偏移圖。
14 16 18 20 22 24 26
Program Voltage (V) 10sccm DCS 40s
size: 22 nm
program time 5s program time 10s
(a)
program time 5s program time 10s
Program Voltage (V)
FB
(b)
圖 3.8(a)矽奈米晶體SONOS尺寸 22nm的VFB偏移圖(b)矽奈米晶體 SONOS尺寸 27nm於電壓15, 20, 25V對時間 5，10秒的 VFB偏移圖
14 16 18 20 22 24 26
Program Voltage (V) V FB Shift (V)
30 sccm DCS 100s Size: 37 nm
program time 5s program time 10s
圖3.9 矽奈米晶體SONOS尺寸37nm於寫入電壓15V, 20V, 25V對於
5 Program time@ 10s control
14 nm 22 nm 27 nm 37 nm
Program Voltage (V) V T shift (V)
圖3.10矽奈米晶體SONOS在不同尺寸下，寫入相同時間10秒的VFB
偏移圖。
圖 3.11電荷漏失機制圖，熱離子放射主導電荷的漏失機制。
100 101 102 103 104
-0.14 -0.12 -0.10 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00
Time (s)
V FB Shift (V) Retention@control
Program VFB shift =2 V 25oC
85oC 150oC 250oC
圖 3.12 矽奈米晶體SONOS記憶體於寫入窗 2伏下在不同溫度量測
保存能力特性圖。
100 101 102 103 104
100 101 102 103 104
100 101 102 103 104
Retention@25oC
Program VFB shift =2 V
Time (s)
FB control
14 nm
100 101 102 103 104
Program VFB shift =2 V control
Retention@250oC
Program VFB shift =2 V