Electron Cyclotron Resonance (ECR) $N_2O$ plasma oxide is investigated for tunneling oxide of polysilicon thin film transistor EEPROM devices. Nitrogen is incorporated at the $SiO_2$/polysilicon interface and forms strong Si-N bonds. The ECR $N_2O$ plasma oxide has better time-to-breakdown and charge-to-breakdown characteristics than conventional thermal oxide. The $SiO_2$/polysilicon interface of $N_2O$ plasma oxide is smoother than that of thermal oxide. The smooth interface results in good symmetric current-voltage characteristics. A charge to breakdown of 10C/㎠ is achieved, which is obtainable in thermal oxide of crystalline silicon. Worse properties are found in the edge of mesa structures, which is alleviated by eliminating sharp edges by LOCOS isolation.
A new poly-Si TFT EEPROM structure is proposed and demonstrated. The proposed structure, which has a folded gate, can maintain the leakage current at the lowest level, independent of the cell state. Suppressed leakage current can improve the reading characteristics which can be a problem in a high density memory array. This leakage current suppression is confirmed. The structure also prevents an overerase during erasing operation. The EEPROM device can operate over than 50000 programming/erasing cycles.
A new and simple nonvolatile SRAM cell is proposed as an application of EEPROM. The nonvolatile (NV) SRAM cell is just a conventional SRAM cell with an additional nonvolatile device. The nonvolatile device has two split floating gates and one control gate. The NVSRAM cell operates as an SRAM cell in a normal state, but it can transfer the data to the nonvolatile device during power turn-off. The threshold voltage difference between the two split floating gates changes rising rate of each node potential while restoring the data. The restoring operation is confirmed by SPICE circuit simulation.
ECR $N_2O$ 플라즈마 산화 공정을 이용해 형성된 신뢰성있는 얇은 산화막을 EEPROM 소자의 터널링 절연막용도로서 분석하였다. 질소 축적 영역이 계면에 형성되고 약한 Si-O 결합이 튼튼한 Si-N 결합으로 바뀌었다. 정전파괴 시간과 정전 파괴 전하량과 같은 신뢰성 특성은 열 산화막 보다 우수하였다. 다결정 실리콘 위에서 계면의 거칠기는 열산화막보다 좋고 원래의 표면 거칠기와 같았다. 좋은 거칠기 특성은 전류와 정전 파괴 특성에서 좋은 태칭성을 보였다. 정전 파괴 전하량은 고밀도 비휘발성 메모리에서 사용되는 정도인 10C/㎠까지 도달되었다. 모서리를 가진 소자 구조의 경우, 막의 특성이 열화되었는데, 이는 LOCOS 공정을 통해 해결하였다.
새로운 구조의 다결정 박막 트랜지스터 EEPROM 소자를 제안하고 제작하였다. 싸여진 게이트 구조는 드레인 근처의 전계를 감소시키고 누설 전류를 낮은 수준에서 유지시킨다. 작은 누설 전류는 고밀도 메모리 배열에서의 읽어내는 능력을 향상시킨다. 이러한 누설 전류 억제는 제작을 통하여 확인되었다. 또한, 새 구조는 구조적으로 과소거를 방지하여준다. 여러번의 동작이후의 문턱전압 감소는 주로 지역적인 전하 트랩에 의한 것으로 나타났다. 제작된 소자는 50000회 이상의 쓰기/지우기 동작을 하였다.
새롭고 간단한 비휘발성 정적 기억 셀 구조를 EEPROM의 용도로 제안하였다. 기존의 정적 기억 셀에 하나만의 비휘발성 기억 소자를 추가하였으므로 기존 공정과 호환성이 있다. 비휘발성 기억 소자는 두개의 부유 게이트를 가지고 그 둘 사이의 문턱전압차이를 이용한다. 문턱전압차에 의해 발생하는 정전 용량의 차이에 의해 전압 상승 속도가 달라지고 이로인해 자료의 재생이 일어난다.
