Charge storage properties of germanium nanocristals embedded in silica films by ion implantation
Propriétés de stockage de charges de nanocristaux de germanium incorporés dans des couches de silice par implantation ionique
Résumé
Une évolution possible des mémoires Flash actuelles passe par le remplacement de la grille
flottante continue par une rangée de nanocristaux pour un stockage discret. Dans cette
optique, des couches de SiO2 sur substrat Si contenant des nanocristaux de germanium ont été
fabriquées par implantation ionique d’ions Ge+ suivi d’un recuit thermique haute température.
La microscopie électronique à transmission (MET) associée à la spectrométrie par
rétrodiffusion Rutherford a été utilisée pour étudier la redistribution du germanium dans les
couches de SiO2 en fonction de la température de recuit et des paramètres d’implantation
(dose, énergie). Une monocouche de nanocristaux de germanium, située le long de l’interface
Si/SiO2 et clairement séparée de celle-ci a été réalisée après recuit de couches implantée à
énergie moyenne (13-17 keV) et à une dose de 1x1016at/cm2. Des mesures en MET ont permis
de mesurer des densités de nanocristaux importantes de l’ordre de 1x1012 /cm2 avec un
diamètre moyen de 4,5nm et à une distance de l’interface de 4 nm. L’augmentation de la dose
d’implantation peut également amener à la formation d’une deuxième couche de nanocristaux
au centre du film de SiO2. Des capacités métal-oxyde-semiconducteur (MOS) contenant de
telles couches de SiO2 implantées ont ensuite été réalisées pour étudier leurs propriétés
électriques. Les résultats indiquent un chargement des nanocristaux situés proche de
l’interface Si/SiO2. Les faibles tensions de chargement appliquées sont attribuées à la faible
épaisseur tunnel les séparant de l’interface. Les propriétés de rétention et les temps de
chargements sont cependant incompatibles avec les attentes des industriels.
One way to improve current Flash memories is to replace the actual continuous floating gate
by an array of nanocrystals discrete charge storage. In this work, silicon dioxide (SiO2) on Si
layers with embedded germanium nanocrystals (Ge-ncs) were fabricated using Ge+-
implantation and subsequent annealing. Transmission Electron Microscopy (TEM) and
Rutherford Backscattering Spectrometry have been used to study the Ge redistribution in the
SiO2 films as a function of annealing temperature and implantation conditions (dose, energy).
A monolayer of Ge-ncs near and clearly separated of the Si/SiO2 interface was formed under
specific annealing and implantation conditions. This layer, with a nc density and mean-size
measured to be respectively of the order of 1x1012 /cm2 and 4,5 nm, is located at
approximately 4 nm from the Si/SiO2 interface. Increasing the implantation dose leads to the
formation of a second monolayer situated in the middle of the SiO2 film. Capacitance-voltage
measurements were performed on metal-oxide-semiconductor (MOS) structures containing
such implanted SiO2 layers in order to study their electrical properties. The results indicate a
strong memory effect at relatively low programming voltages (< 5V), due to the presence of
Ge-ncs near the Si/SiO2 interface. Retention and charging times are however found to be
incompatible with industrial requirements.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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