S. Duguay, J.J. Grob, A. Slaoui Laboratoire InESS, Strasbourg Nanocristaux de germanium créés par implantation ionique : Effet mémoire S. Duguay, J.J. Grob, A. Slaoui Laboratoire InESS, Strasbourg

PLAN: Mémoires à nanocristaux Fabrication Caractérisation structurale Caractérisation électrique Travail à venir

Utilisation des nanocristaux comme grille flottante Tension d’utilisation + faibles Meilleure fiabilité/ endurance Problème de SILC résolu

Méthodes de fabrication des nanocristaux Besoins: Les nanocristaux doivent être situés en une monocouche, près de l’interface Si/SiO2 pour être chargés par effet tunnel Plusieurs méthodes de fabrication: CVD, pulvérisation, implantation ionique (+recuits) Pourquoi le Germanium? Gap Ge < Gap Si => rétention + importante

PLAN: Mémoires à nanocristaux Fabrication par implantation de Ge Caractérisation structurale Caractérisation électrique Conclusion

Pourquoi l’implantation ionique? Prodédé totalement compatible avec la technologie CMOS actuelle. L’implantation ionique est suivie d’un recuit à haute température (> 900°C) - formation de nanocristaux avec des interfaces bien passivées. - guérison des dommages de la matrice implantée Grand contrôle des paramètres des nanocristaux - densité - taille moyenne - distance de l’interface

Implantation ionique : fabrication des nanocristaux 74Ge+ Recuit @ HT Les nanocristaux se forment aux environs du maximum du pic d’implantation => Dispersion = f(E)

Couche de nanocristaux de Ge Exemple : recuit à 750°C après implantation Implantation à 13 keV Recuit 30min, N2 Couche de nanocristaux de Ge 28 nm Suit le profil d’implantation Nanocristaux sphériques de 3-4 nm de diamètre

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Évolution avec la température de recuit: TEM 800°C, 30min, N2 900°C, 30min, N2 Redistribution progressive du germanium le long de l’interface Si/SiO2

Évolution avec la température de recuit: RBS Le Ge se redistribue le long de l’interface Si/SiO2 La dose totale de germanium diminue (perte de germanium)

Pas de nanocristaux résiduels dans le SiO2 massif Formation d’une monocouche de nanocristaux Pas de nanocristaux résiduels dans le SiO2 massif Une monocouche de nanocristaux à ~4nm de l’interface Une densité de 1,1x1012 ncs/cm2

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Évolution des défauts avec la température Le décalage de tension de bande plate tend vers 0 avec la température de recuit => Guérison progressive des défauts dans SiO2

Effet mémoire : Étude capacitive Les charges stockées agissent comme des charges fixes dans l’oxyde => DVfb Substrat de type p Observation d’une hystérésis: effet mémoire Faibles tensions de programmation => chargement par effet tunnel direct

Effet mémoire et tension de programmation h+ Chargement des électrons + important que les trous Effet inverse avec un substrat de type p.

Conclusion Formation d’une monocouche de nanocristaux de germanium (densité 1.1x1012ncs/cm2) Les nanocristaux se trouvent à une distance « tunnel » de l’interface ~ 4 nm Effet mémoire observé par mesures CV Travail en cours: Analyse I-V, EFM, rétention Propriétés du stockage de charges