中文摘要：

大容量高密度存储时代的来临以及传统浮栅闪存在变比过程中面临的巨大挑战使得三维存储技术成为目前存储技术前瞻性研究的热点和重点课题，而三维集成的核心之一电荷陷阱存储技术一直是三维集成的难点课题。本课题组在前期对纳米晶存储器、高K电荷陷阱存储器的研究中在存储材料、关键工艺技术等方面取得了一定的成果。在此基础上，本项目将致力于面向三维集成的电荷陷阱存储器的基础科学问题，对电荷陷阱存储器的输运机理、运作机理以及电荷陷阱存储器的可靠性问题进行深入探讨。主要研究内容包括明晰制备工艺、器件结构、应力条件与存储器件退化之间的相互关系、获得高速、高可靠、多态数据存储的闪存器件，建立存储器运作的物理模型，建立器件的退化模型并对器件可靠性进行预测，力求为面向三维集成的存储单元设计和应用提供理论指导。本课题属于国际存储技术前沿研究的热点和难点问题，具有很强的前瞻性和实际意义，可以为我国存储技术的可持续发展提供借鉴

结论摘要：

本项目面向大数据云存储时代对高密度存储器的需求，针对未来三维电荷俘获存储器产业化过程中面临的关键科学问题，从新材料、新结构、器件退化机理、可靠性优化等基础层面进行创新研究，将材料生长、新型电荷俘获存储器件制备、器件性能表征、可靠性退化机理分析及性能优化等系列工作有机结合，研究并筛选可与CMOS工艺兼容的新型电荷俘获存储材料、器件结构和操作机理，为新型三维高密度存储集成电路器件的发展提供科学基础。具体工作包括以下内容（1）本项目针对高性能纳米存储材料进行了工艺优化，详细研究探讨了高k存储介质不同膜厚，不同组分以及不同退火温度对器件性能的影响。（2）创新性的利用EFM技术研究了高k材料结晶度、不同结构/界面下CTM中俘获电荷的存储信息。利用KFM表征方法研究HfO2存储层厚度效应对存储性能影响。在这部分研究内容中，将新的表征方法引入到高k存储机理与可靠性研究中，使我们第一次明确了体陷阱和界面陷阱存储在存储中的角色，明确了HfO2存储层厚度效应对存储性能影响的主导因素，对指导存储结构的优化具有一定的物理意义。（3）面向CTM技术的三维集成的技术方案很多，如BICS，CAT，ZRAT，VG-NAND等，但CTM器件单元的基本结构，即由隧穿层、电荷俘获层、阻塞层构成的栅介质堆栈结构却不会发生变化，其中各功能层的材料及工艺设计，就将成为影响3D CTM器件的性能的关键。因此，针对下一代三维NAND存储器件应用，本课题组集中开展了基于高k存储介质的栅堆栈技术研究，包括引入Al2O3、HfSiO堆叠结构作为阻塞层的研究；ZrO2、HfO2/Ta2O5双层堆叠、Si掺杂HfO2、以及MAHAHOS作为存储层的器件结构；在隧穿层结构上，我们还尝试了基于SiO2/HfO2堆叠介质作为器件的隧穿介质层的能带调制结构，实验结果证明高k栅堆栈技术表现出极好的存储特性及可靠特性，完全满足了半导体存储技术发展对低压操作和多值高密度存储的需求。