3D-NAND浮柵晶體管的結(jié)構(gòu)解析

文章來源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

本文介紹了3D-NAND浮柵晶體管結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)平面NAND閃存技術(shù)的擴(kuò)展性已達(dá)到極限。為了解決這一問題，3D-NAND閃存技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過在垂直方向上堆疊存儲(chǔ)單元，大幅提升了存儲(chǔ)密度。本文將簡(jiǎn)要介紹3D-NAND浮柵晶體管。

浮柵晶體管的工作原理

浮柵晶體管是閃存技術(shù)的核心組件，其基本原理是通過在浮柵中存儲(chǔ)或釋放電荷來改變晶體管的閾值電壓，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和擦除。浮柵是一個(gè)隔離的導(dǎo)電層，通常由多晶硅制成，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持電荷，確保數(shù)據(jù)的持久性。

（平面浮柵晶體管）

3D-NAND中的浮柵晶體管結(jié)構(gòu)

1.第一種材料結(jié)構(gòu)

(a) 顯示了3D-NAND單元的俯視圖，其中包含一個(gè)多晶硅浮柵，該浮柵由氧化物-多晶硅-氧化物-氮化物（OPOP）堆棧組成。這種結(jié)構(gòu)允許每個(gè)存儲(chǔ)單元獨(dú)立地存儲(chǔ)電荷，從而表示不同的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

圖(b) 是3D-NAND單元的側(cè)視截面圖，展示了多晶硅浮柵的具體位置。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，浮柵位于控制柵和半導(dǎo)體多晶通道之間，并通過隧穿氧化層與襯底隔離。當(dāng)向控制柵施加電壓時(shí)，電子可以通過量子隧穿效應(yīng)進(jìn)入浮柵或從浮柵中逃逸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和擦除。

2.第二種材料結(jié)構(gòu)

圖2(a) 顯示了3D-NAND單元的俯視截面圖，其中包含一個(gè)氮化物材料電荷陷阱層，該層由氧化物-氮化物-氧化物-氮化物（ONON）堆棧組成。與多晶硅浮柵相比，氮化物電荷陷阱層具有更好的耐久性和數(shù)據(jù)保持能力，因?yàn)殡姾刹皇侵苯哟鎯?chǔ)在導(dǎo)體中，而是被陷阱在氮化物材料的缺陷中，這有助于減少數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

圖(b) 是3D-NAND單元的側(cè)視截面圖，展示了氮化物電荷陷阱層的具體位置。在這種結(jié)構(gòu)中，電荷陷阱層位于控制柵和多晶硅之間，通過隧穿氧化層與襯底隔離。當(dāng)向控制柵施加電壓時(shí)，電子可以通過量子隧穿效應(yīng)進(jìn)入電荷陷阱層或從電荷陷阱層中逃逸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和擦除。