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High-k MNOS-like stacked dielectrics for non-volatile memory application

Authors :
Caroline Bonafos
Abdelilah Slaoui
Larysa Khomenkova
Fabrice Gourbilleau
Pascal Normand
Institute of Physics (Kiev)
Institute of Physics
National Center for Scientific Research 'Demokritos' ( NCSR )
Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique ( CIMAP - UMR 6252 )
Université de Caen Normandie ( UNICAEN )
Normandie Université ( NU ) -Normandie Université ( NU ) -Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen ( ENSICAEN )
Normandie Université ( NU ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie ( ICube )
Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg ( INSA Strasbourg )
Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg ( ENGEES ) -Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar ( Université de Haute-Alsace (UHA) ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar ( Université de Haute-Alsace (UHA) ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Matériaux et nanosciences d'Alsace
Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar ( Université de Haute-Alsace (UHA) ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM )
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES )
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse )
Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Czech Academy of Sciences [Prague] (CAS)
National Center for Scientific Research 'Demokritos' (NCSR)
Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube)
Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Institute of Physics [Kiev] (IOP)
National Academy of Sciences of Ukraine (NASU)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Journal of Nano Research, Journal of Nano Research, 2016, 39, pp.121-133. 〈10.4028/www.scientific.net/JNanoR.39.121〉, Journal of Nano Research, 2016, 39, pp.121-133. ⟨10.4028/www.scientific.net/JNanoR.39.121⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

Charge-trapping memories such as SONOS and MONOS have attracted considerable attention as promising alternatives for next-generation flash memories due to dielectric layer’s scalability, process simplicity, power economy, operation versatility. Nevertheless, the continued miniaturization of the devices forces an application of high-k dielectrics. In this work high-k stacked dielectric structures based on the combination of Hf-based and SiNx materials were fabricated. Their structural and electrical properties versus deposition conditions are studied by means of FTIR-ATR and high-resolution TEM techniques. All samples demonstrated smooth surface (roughness below 1 nm) and abrupt interfaces between the different stacked layers. No crystallization of Hf-based layers was observed after annealing at 800°C for 30 min, demonstrating their amorphous nature and phase stability upon annealing. Electrical characterization was carried out for all samples through capacitance-voltage (C-V) measurements of MIS capacitors. Uniform C-V characteristics were measured along the samples for all stacks. Besides, significant flat-band hysteresis due to charging of the stacks caused by carrier injection from the substrate was observed for the structures with pure HfO2 layers.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Nano Research, Journal of Nano Research, 2016, 39, pp.121-133. 〈10.4028/www.scientific.net/JNanoR.39.121〉, Journal of Nano Research, 2016, 39, pp.121-133. ⟨10.4028/www.scientific.net/JNanoR.39.121⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d01b84e5016a1a736f929e8bf1500b80
Full Text :
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JNanoR.39.121〉