Study of innovative stacks and architectures of Split-Gate charge trap memories
Etude d'architectures et d'empilements innovants de mémoires Split-Gate (grille séparée) à couche de piégeage discret
Résumé
Due to the increasing demand for consumer, industrial and automotive products, highly reliable, and low integration cost embedded memories are more and more required. In this context, split-gate charge trap memories were proposed for microcontroller products, combining the advantage of a discrete storage layer and of the split-gate con guration. In this thesis, split-gate charge trap memories with electrical gate length down to 20nm are presented for the 1st time. Silicon nanocristals (Si-nc), or silicon nitride (SiN) and hybrid Si-nc/SiN based split-gate memories, with SiO2 or AlO control dielectrics, are compared in terms of program erase and retention. Then, the scalability of split-gate charge trap memories is studied, investigating the impact of gate length reduction on the memory window, retention and consumption. We thus studied the role of defects on alumina control dielectric employed in TANOS-like memory. We used atomistic simulation, consolidated by a detailed alumina physico-chemical material analysis, to investigate the origin of traps in alumina. We showed that the trap concentration in AlO can be decreased by adjusting the process conditions leading to improved retention behaviour in charge trap memory, suitable for embedded applications.
Du fait de l'augmentation de la demande de produits pour les applications grand public, industrielles et automobiles, des mémoires embarquées fiables et à faible coût de fabrication sont de plus en plus demandées. Dans ce contexte, les mémoires split-gate à piégeage discret sont proposées pour des microcontrôleurs. Elles combinent l'avantage d'une couche de stockage discrète et de la con guration split-gate. Durant ce travail de recherche, des mémoires split-gate à couche de piégeage discret ayant des longueurs de grille de 20nm sont présentées pour la première fois. Celles-ci on été réalisées avec des nanocristaux de silicium (Si-nc), du nitrure de silicium (SiN) ou un hybride Si-nc/SiN avec diélectrique de control de type SiO2 ou AlO et sont comparées en termes de performances lors des procédures d'eff acement et de rétention. Ensuite, la miniaturisation des mémoires split-gate à piégeage de charge est étudié, en particulier au travers de l'impact de la réduction de la longueur de grille sur la fenêtre de mémorisation, la rétention et la consommation. Le rôle des défauts dans le diélectrique de contrôle (alumine) utilisé dans les mémoires de type TANOS a été étudié. Des travaux ont été menés pour déterminer l'origine des pièges dans ce matériau, par le biais de la simulation atomistique ainsi que d'analyses physico-chimiques précises. Nous avons montré que la concentration de pièges dans AlO pouvait être réduite par ajustement des conditions de procédé de fabrication, débouchant ainsi sur l'amélioration de la rétention dans les mémoires à piégeage de charge. Ce résultat est convenable pour les applications de type embarqué
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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