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單元，大幅提升了存儲密度。本文將簡要介紹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)存儲單元獨(dú)立地存儲電荷，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υ趯?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。