• 제목/요약/키워드: Tunneling oxide

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Pillar Type Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon Flash Memory Cells with Modulated Tunneling Oxide

  • Lee, Sang-Youl;Yang, Seung-Dong;Yun, Ho-Jin;Jeong, Kwang-Seok;Kim, Yu-Mi;Kim, Seong-Hyeon;Lee, Hi-Deok;Lee, Ga-Won;Oh, Jae-Sub
    • Transactions on Electrical and Electronic Materials
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    • 제14권5호
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    • pp.250-253
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    • 2013
  • In this paper, we fabricated 3D pillar type silicon-oxide-nitride-oxide-silicon (SONOS) devices for high density flash applications. To solve the limitation between erase speed and data retention of the conventional SONOS devices, bandgap-engineered (BE) tunneling oxide of oxide-nitride-oxide configuration is integrated with the 3D structure. In addition, the tunneling oxide is modulated by another method of $N_2$ ion implantation ($N_2$ I/I). The measured data shows that the BE-SONOS device has better electrical characteristics, such as a lower threshold voltage ($V_{\tau}$) of 0.13 V, and a higher $g_{m.max}$ of 18.6 ${\mu}A/V$ and mobility of 27.02 $cm^2/Vs$ than the conventional and $N_2$ I/I SONOS devices. Memory characteristics show that the modulated tunneling oxide devices have fast erase speed. Among the devices, the BE-SONOS device has faster program/erase (P/E) speed, and more stable endurance characteristics, than conventional and $N_2$ I/I devices. From the flicker noise analysis, however, the BE-SONOS device seems to have more interface traps between the tunneling oxide and silicon substrate, which should be considered in designing the process conditions. Finally, 3D structures, such as the pillar type BE-SONOS device, are more suitable for next generation memory devices than other modulated tunneling oxide devices.

Study of the Effects of the Antisite Related Defects in Silicon Dioxide of Metal-Oxide-Semiconductor Structure on the Gate Leakage Current

  • Mao, Ling-Feng;Wang, Zi-Ou;Xu, Ming-Zhen;Tan, Chang-Hua
    • JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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    • 제8권2호
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    • pp.164-169
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    • 2008
  • The effects of the antisite related defects on the electronic structure of silica and the gate leakage current have been investigated using first-principles calculations. Energy levels related to the antisite defects in silicon dioxide have been introduced into the bandgap, which are nearly 2.0 eV from the top of the valence band. Combining with the electronic structures calculated from first-principles simulations, tunneling currents through the silica layer with antisite defects have been calculated. The tunneling current calculations show that the hole tunneling currents assisted by the antisite defects will be dominant at low oxide field whereas the electron direct tunneling current will be dominant at high oxide field. With increased thickness of the defect layer, the threshold point where the hole tunneling current assisted by antisite defects in silica is equal to the electron direct tunneling current extends to higher oxide field.

ONO ($SiO_2/Si_3N_4/SiO_2$), NON($Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4$)의 터널베리어를 갖는 비휘발성 메모리의 신뢰성 비교

  • 박군호;이영희;정홍배;조원주
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.53-53
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    • 2009
  • Charge trap flash memory devices with modified tunneling barriers were fabricated using the tunneling barrier engineering technique. Variable oxide thickness (VARIOT) barrier and CRESTED barrier consisting of thin $SiO_2$ and $Si_3N_4$ dielectric layers were used as engineered tunneling barriers. The VARIOT type tunneling barrier composed of oxide-nitride-oxide (ONO) layers revealed reliable electrical characteristics; long retention time and superior endurance. On the other hand, the CRESTED tunneling barrier composed of nitride-oxide-nitride (NON) layers showed degraded retention and endurance characteristics. It is found that the degradation of NON barrier is associated with the increase of interface state density at tunneling barrier/silicon channel by programming and erasing (P/E) stress.

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NVSM용 초박막 ONO 적층 유전층의 특성 (Characterization of ultrathin ONO stacked dielectric layers for NVSM)

  • 이상은;김선주;서광열
    • 한국결정성장학회지
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    • 제8권3호
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    • pp.424-430
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    • 1998
  • MONOS(metal-oxide-nitride-oxide-semicondutor) EEPROM에 응용하기 위한 얇은 ONO 유전층의 막 특성을 AES, SIMS, TEM 및 AFM을 이용하여 조사하였다. 터널링 산화막, 질화막, 블로킹 산화막의 두께를 각각 달리하여 ONO 박막을 제작하였다. 터널링 산화막 위에 LPCVD방법으로 질화막을 증착하는 동안 얇은 터널링 산화막이 질화되었으며, 질화막 위에 블로킹 산화막을 형성할 때, 산소가 질화막 표면을 산화시킬 뿐만 아니라 질화막을 지나 확산되었다. ONO 박막은 $SiO_2$(블로킹 산화막)/O-rich SiOxNy(계면)/N-rich iOxNy(질화막)/O-rich SiOxNy(터널링 산화막)으로 이루어졌다. SiON상은 주로 터널링 산화막과 질화막, 질화막과 블로킹 산화막 계면에 분포하였으며, $Si_2NO$상은 각 계면의 질화막 쪽과 터널링 산화막 내에 분포하였다.

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비대칭 DGMOSFET의 상하단 산화막 두께비에 따른 터널링 전류 분석 (Analysis of Tunneling Current of Asymmetric Double Gate MOSFET for Ratio of Top and Bottom Gate Oxide Film Thickness)

  • 정학기
    • 한국정보통신학회논문지
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    • 제20권5호
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    • pp.992-997
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    • 2016
  • 본 논문에서는 단채널 비대칭 이중게이트 MOSFET의 상하단 산화막 두께비에 대한 터널링 전류의 변화에 대하여 분석하고자 한다. 채널길이가 5 nm까지 감소하면 차단전류에서 터널링 전류의 비율이 크게 증가하게 된다. 이와 같은 단채널효과는 상하단 게이트 산화막 구조를 달리 제작할 수 있는 비대칭 이중게이트 MOSFET에서도 발생하고 있다. 본 논문에서는 상하단 게이트 산화막 두께비 변화에 대하여 차단전류 중에 터널링 전류의 비율 변화를 채널길이, 채널두께, 도핑농도 및 상하단 게이트 전압을 파라미터로 계산함으로써 단채널에서 발생하는 터널링 전류의 영향을 관찰하고자 한다. 이를 위하여 포아송방정식으로부터 해석학적 전위분포를 구하였으며 WKB(Wentzel-Kramers-Brillouin)근사를 이용하여 터널링 전류를 구하였다. 결과적으로 단채널 비대칭 이중게이트 MOSFET에서는 상하단 산화막 두께비에 의하여 터널링 전류가 크게 변화하는 것을 알 수 있었다. 특히 채널길이, 채널두께, 도핑농도 및 상하단 게이트 전압 등의 파라미터에 따라 매우 큰 변화를 보이고 있었다.

미세 구조 MOSFET에서 문턱전압 변화를 최소화하기 위한 최적의 스켈링 이론 (Scaling theory to minimize the roll-off of threshold voltage for ultra fine MOSFET)

  • 정학기;김재홍;고석웅
    • 한국정보통신학회논문지
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    • 제7권4호
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    • pp.719-724
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    • 2003
  • 본 논문은 halo doping profile을 갖는 나노구조 LDD MOSFET의 문턱전압에 대하여 연구하였다. 소자의 크기는 일반화된 스켈링 이론을 사용하여 100nm 에서 40m까지 스켈링하였다. Van Dort Quantum Correction Model(QM) 모델을 정전계 스켈링 이론과 정전압 스켈링 이론에 적용하여 문턱전압을 조사하였으며, gate oxide 두께의 변화 따른 direct tunneling current를 조사하였다. 결과적으로 게이트 길이가 감소됨에 따라 문턱전압이 정전계 스켈링에서는 감소하고 정전압 스켈링에서는 증가함을 알았고 direct tunneling current는 gate oxide 두께가 감소함에 따라 증가됨을 알았다. 또한 채널 길이의 감소에 따른 MOSFET의 문턱전압에 대한 roll-off특성을 최소화하기 위하여 일반화된 스켈링에서 $\alpha$값은 거의 1 이여야 함을 알았다.

나노 구조 MOSFET의 문턱전압 변화를 최소화하기 위한 스케일링 이론 (Scaling theory to minimize the roll-off of threshold voltage for nano scale MOSFET)

  • 김영동;김재홍;정학기
    • 한국정보통신학회:학술대회논문집
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    • 한국해양정보통신학회 2002년도 추계종합학술대회
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    • pp.494-497
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    • 2002
  • 본 논문에서는 halo doping profile을 갖는 나노구조 LDD MOSFET의 문턱전압에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내었다. 소자 크기는 generalized scaling을 사용하여 100nm에서 40nm까지 스케일링하였다. Van Dort Quantum Correction Model(QM)을 사용하여 정전계 스케일링과 정전압 스케일링에 대한 문턱 전압과 각각의 게이트 oxide 두께에 대한 direct tunneling 전류를 조사하였다. 게이트 길이가 감소할 때 정전계 스케일링에서는 문턱전압이 감소하고, 정전압 스케일링에서는 문턱전압이 증가하는 것을 알 수 있었고, 게이트 oxide두께가 감소할 때 direct tunneling 전류는 증가함을 알 수 있었다. 감소하는 채널 길이를 갖는 MOSFET 문턱전압에 대한 roll-off 특성을 최소화하기 위해 generalized scaling에서 $\alpha$값은 1에 가깝게 되는 것을 볼 수 있었다.

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실리콘 산화막에서 스트레스 전류의 두께 의존성 (Thickness Dependence of Stress Currents in Silicon Oxide)

  • 강창수;이형옥;이성배;서광일
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 1997년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.102-105
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    • 1997
  • The thickness dependence of stress voltage oxide currents has been measured in oxides with thicknesses between 10nm and 80nm. The oxide currents were shown to be composed of stress current and transient current. The stress current was caused by trap assited tunneling through the oxide. The transient current was caused by the tunneling charging and discharging of the trap in the interfaces. The stress current was used to estimate to the limitations on oxide thicknesses. The transient current was used to the data retention in memory devices.

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2차 미분 AES 스펙트럼에 의한 ONO 초박막의 화학구조 분석 (Chemical Structure Analysis on the ONO Superthin Film by Second Derivative AES Spectra)

  • 이상은;윤성필;김선주;서광열
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 1998년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.79-82
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    • 1998
  • Film characteristics of thin ONO dielectric layers for MONOS(metal-oxide-nitride-oxide-semiconductor) EEPRM was investigated by AES and AFM. Second derivative spectra of AES Si LVV overlapping peak provided useful information for chemical state analysis of superthin film. The ONO films with dimension of tunneling oxide 24${\AA}$, nitride 33${\AA}$, and blocking oxide 40${\AA}$ were fabricated. During deposition of the LPCVD nitride films on tunneling oxide, this thin oxide was nitrized. When the blocking oxide were deposited on the nitride film, the oxygen not only oxidized the nitride surface, but diffused through the nitride. The results of ONO film analysis exhibits that it is made up of SiO$_2$(blocking oxide)/O-rich SiON(interface/N-rich SiON(nitride)/-rich SiON(interface)/N-rich SiON(nitride)/O-rich SiON(tunneling oxide).

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Characteristics of Si Nano-Crystal Memory

  • Kwangseok Han;Kim, Ilgweon;Hyungcheol Shin
    • JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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    • 제1권1호
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    • pp.40-49
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    • 2001
  • We have developed a repeatable process of forming uniform, small-size and high-density self-assembled Si nano-crystals. The Si nano-crystals were fabricated in a conventional LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) reactor at $620^{\circ}c$ for 15 sec. The nano-crystals were spherical shaped with about 4.5 nm in diameter and density of $5{\times}l0^{11}/$\textrm{cm}^2$. More uniform dots were fabricated on nitride film than on oxide film. To take advantage of the above-mentioned characteristics of nitride film while keeping the high interface quality between the tunneling dielectrics and the Si substrate, nitride-oxide tunneling dielectrics is proposed in n-channel device. For the first time, the single electron effect at room temperature, which shows a saturation of threshold voltage in a range of gate voltages with a periodicity of ${\Delta}V_{GS}\;{\approx}\;1.7{\;}V$, corresponding to single and multiple electron storage is reported. The feasibility of p-channel nano-crystal memory with thin oxide in direct tunneling regime is demonstrated. The programming mechanisms of p-channel nano-crystal memory were investigated by charge separation technique. For small gate programming voltage, hole tunneling component from inversion layer is dominant. However, valence band electron tunneling component from the valence band in the nano-crystal becomes dominant for large gate voltage. Finally, the comparison of retention between programmed holes and electrons shows that holes have longer retention time.

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