Nitreto de silício depositado por sputtering reativo para aplicação em memória não-volátil

Abstract

No presente trabalho, foram desenvolvidos diferentes regimes de deposição de filmes de nitreto de silício, empregando a técnica de sputtering reativo, para a aplicação em memória não-volátil de aprisionamento de carga (charge trapping memory). Filmes finos de nitreto de silício com diferentes composições químicas e características físicas foram obtidos. As propriedades físicas dos mesmos foram analisadas utilizando-se medidas de elipsometria e caracterização elétrica por corrente-tensão. A composição química dos filmes foi obtida pela técnica de MEIS. Dois dispositivos de memória foram fabricados empregando regimes diferentes. Os dispositivos foram desenvolvidos utilizando oxidação térmica, deposição de filmes de óxido de silício e nitreto de silício por sputtering e evaporação resistiva para a formação de contatos de alumínio com diâmetro de 200 mícrons com o auxílio de uma máscara mecânica. Além disso, uma etapa de recozimento térmico rápido também foi empregada para a densificação dos filmes depositados. A caracterização elétrica dos mesmos mostrou janela de gravação de até 10V para a memória que foi fabricada empregando o filme de nitreto de silício com excesso de silício. Esse mesmo dispositivo apresentou retenção projetada de 10 anos à temperatura ambiente, endurance de mais de 1k ciclos e mostrou-se capaz de ser programado com pulsos de tensão com largura de dezenas de milissegundos.

In this work, we have developed different deposition regimes of silicon nitride thin films, employing reactive sputtering technique, for charge trapping memory applications. We have obtained silicon nitride thin films with different chemical compositions and physical properties. The physical properties were studied employing optical ellipsometry and electrical characterization by currentvoltage curves. The chemical composition was measured with Medium Energy Ion Spectrometry (MEIS) technique. Two memory devices were fabricated using different silicon nitride regimes. We have employed thermal oxidation, sputtering thin film deposition of silicon oxide and silicon nitride and aluminum resistivity evaporation with a mechanical mask to obtain circular contacts with diameter of 200 μm. Furthermore, rapid thermal annealing was also employed for films densification. The electrical characterization of memory devices have shown a program/erase window of 10V for the memory which was fabricated with the silicon nitride film containing silicon excess. The same device presented a projected retention of 10 years at room temperature, endurance of 1k cycles and it was capable to be programmed with voltage pulses width of some milliseconds.