【摘要】：當(dāng)前廣泛應(yīng)用于各類電子元器件系統(tǒng)中的非揮發(fā)性(Nonvolatile)數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)——FLASH,在半導(dǎo)體工藝尺寸已經(jīng)微縮化(Scaling down)到20nm技術(shù)帶的背景下,即將達(dá)到其器件結(jié)構(gòu)本身造成的物理極限,這就為新型的非揮發(fā)性存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展提供了機(jī)遇。為了取代FLASH,新的存儲(chǔ)器必須具備與目前的CMOS工藝兼容、優(yōu)秀的微縮化能力、單元存儲(chǔ)成本低和存儲(chǔ)速度快等綜合性能。另一方面的考慮在于——在未來的存儲(chǔ)系統(tǒng)中,用新型存儲(chǔ)器來提升整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)性能,比如取代磁盤存儲(chǔ)器(HDD),這種應(yīng)用將改變計(jì)算系統(tǒng)的存儲(chǔ)等級(jí)(Storage hierarchy)。 由于具備簡(jiǎn)單的器件結(jié)構(gòu)、微縮化到16nm尺寸以下的能力、納秒級(jí)的讀寫速度、與CMOS工藝兼容等特點(diǎn),阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)被認(rèn)為是FLASH存儲(chǔ)器潛在的替代者。阻變存儲(chǔ)器是利用兩個(gè)電極間的阻變材料在電應(yīng)力作用下發(fā)生的高低阻轉(zhuǎn)換而進(jìn)行信息存儲(chǔ)的,許多的材料已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有阻變性能,包括過渡族金屬氧化物、硫系合金、聚合物材料和有機(jī)物材料等。如今,在各種優(yōu)秀的電學(xué)性能已經(jīng)被驗(yàn)證的條件下,影響阻變存儲(chǔ)器發(fā)展的可靠性研究已經(jīng)被提上日程。 阻變存儲(chǔ)器的可靠性問題包括了電學(xué)參數(shù)的均勻性、阻變層的厚度和成份影響、可靠的擦寫能力、反復(fù)擦寫能力和數(shù)據(jù)保持能力等。目前制約RRAM發(fā)展的一個(gè)主要因素是——機(jī)理不清,而且通過物理表征來發(fā)現(xiàn)阻變的局部特征非常困難,這給可靠性研究工作造成了影響。然而我們反向考慮,通過可靠性的研究,一方面可以調(diào)整阻變層的材料成份和電學(xué)操作性能,另一方面可以間接探究阻變存儲(chǔ)器的阻變機(jī)理。 在這篇論文中,主要針對(duì)0.13μm標(biāo)準(zhǔn)邏輯工藝集成的1Mb的CuxSiyO阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器,研究了Si摻雜對(duì)阻變性能的影響,電學(xué)操作對(duì)阻變性能的影響,阻變器件的微縮化能力,及數(shù)據(jù)保持能力。通過這些可靠性角度的研究,對(duì)CuxSiyO阻變材料的成份進(jìn)行了優(yōu)化,探究了各種電學(xué)操作下阻變參數(shù)的可靠性,并找到了可靠的電學(xué)操作方法,驗(yàn)證了數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)的能力和微縮化到40nm尺寸的能力。最后一章針對(duì)低成本的A1互連,初步驗(yàn)證了0.18μm標(biāo)準(zhǔn)邏輯工藝集成的1Mb的WOx/AlOx退火自行成的雙層結(jié)構(gòu)RRAM具備良好的電阻分布和retention能力。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP333

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2561845