【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)性存儲技術(shù)的發(fā)展提供了機遇。為了取代FLASH,新的存儲器必須具備與目前的CMOS工藝兼容、優(yōu)秀的微縮化能力、單元存儲成本低和存儲速度快等綜合性能。另一方面的考慮在于——在未來的存儲系統(tǒng)中,用新型存儲器來提升整個系統(tǒng)的存儲性能,比如取代磁盤存儲器(HDD),這種應(yīng)用將改變計算系統(tǒng)的存儲等級(Storage hierarchy)。 由于具備簡單的器件結(jié)構(gòu)、微縮化到16nm尺寸以下的能力、納秒級的讀寫速度、與CMOS工藝兼容等特點,阻變隨機存儲器(RRAM)被認(rèn)為是FLASH存儲器潛在的替代者。阻變存儲器是利用兩個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)換而進行信息存儲的,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、聚合物材料和有機物材料等。如今,在各種優(yōu)秀的電學(xué)性能已經(jīng)被驗證的條件下,影響阻變存儲器發(fā)展的可靠性研究已經(jīng)被提上日程。 阻變存儲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)展的一個主要因素是——機理不清,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器的阻變機理。 在這篇論文中,主要針對0.13μm標(biāo)準(zhǔn)邏輯工藝集成的1Mb的CuxSiyO阻變隨機存儲器,研究了Si摻雜對阻變性能的影響,電學(xué)操作對阻變性能的影響,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CuxSiyO阻變材料的成份進行了優(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,驗證了數(shù)據(jù)長期存儲的能力和微縮化到40nm尺寸的能力。最后一章針對低成本的A1互連,初步驗證了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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP333

【共引文獻】

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本文編號：2561845