發(fā)布時(shí)間：2020-03-19 12:47

【摘要】： 存儲器在半導(dǎo)體市場中占有重要的地位,隨著便攜式電子設(shè)備的不斷普及,不揮發(fā)存儲器在整個(gè)存儲器市場中的份額也越來越大。目前,Flash占據(jù)了不揮發(fā)存儲器市場90%的份額,但隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的不斷推進(jìn),Flash遇到了越來越多的瓶頸問題,比如浮柵厚度不能隨器件尺寸的減小而無限制減薄,有報(bào)道預(yù)測Flash技術(shù)的極限在32nm左右,此外,Flash的其他技術(shù)缺點(diǎn)也限制了它的應(yīng)用,如寫入速度慢,操作電壓高等。這就迫使人們尋找性能更為優(yōu)越的下一代不揮發(fā)存儲器。最近電阻存儲器因其高密度、低成本等特點(diǎn)受到了高度關(guān)注,所使用的材料有相變材料、摻雜的SrZrO_3、鐵電材料PbZrTiO_3、鐵磁材料Pr_(1-x)Ca_xMnO_3、二元金屬氧化物材料、有機(jī)材料等,受電或熱等能量的作用下,在高阻和低阻態(tài)之間轉(zhuǎn)換。以相變材料為存儲介質(zhì)的阻性存儲器亦被稱作為相變存儲器(Phase Change Memroy,簡稱PCM),在讀寫速度、讀寫次數(shù)、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、單元面積、多值實(shí)現(xiàn)等諸多方面都具有極大的優(yōu)越性,成為未來不揮發(fā)存儲技術(shù)市場主流產(chǎn)品最有力的競爭者之一。目前應(yīng)用最廣泛的是GeSbTe(簡稱GST)合金材料,在電的作用下使其在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換,對應(yīng)為器件的低阻態(tài)和高阻態(tài)。當(dāng)前,在相變存儲器研究領(lǐng)域中,寫操作電流(RESET電流)過大是阻礙其商業(yè)化的一個(gè)關(guān)鍵問題,降低RESET電流主要從兩方面考慮,對常用的GST材料進(jìn)行摻雜改性或者開發(fā)新型相變材料;另一方面,減小器件尺寸和相變薄膜厚度,減小相變區(qū)域,從而降低發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)需要的能量,然而,傳統(tǒng)器件的尺寸依賴于光刻技術(shù)。本論文第一部分主要圍繞3D相變存儲器器件設(shè)計(jì)展開,利用邊墻定位技術(shù),構(gòu)建3D納米相變存儲器,其電極橫截面積取決于電極材料的厚度和臺階高度,使器件尺寸完全突破光刻限制,不需要先進(jìn)的光刻技術(shù),極大的降低了生產(chǎn)成本,在大尺寸工藝下,依然可以獲得納米級器件尺寸。在5μm實(shí)驗(yàn)室工藝條件下成功獲得了100nm以下納米相變存儲器陣列。 以金屬氧化物為介質(zhì)的電阻型存儲器通常被稱為阻性存儲器(ResistiveRandom Access Memory,簡稱RRAM)。其中,二元金屬氧化物(如Nb_2O_5,Al_2O_3,Ta_2O_5,TixO,NixO,Cu_xO等),因?yàn)槠淦骷Y(jié)構(gòu)簡單、成分精確可控而受到格外關(guān)注。Cu_xO(x＜2)作為兩元金屬氧化物中的一種,其優(yōu)勢更為明顯,因?yàn)镃u在現(xiàn)在的半導(dǎo)體后端互聯(lián)工藝中廣泛應(yīng)用,以Cu_xO為基的阻性存儲器件可與互聯(lián)工藝完美兼容而不需要引入新元素。本論文第二部分主要圍繞Cu_xO基阻性存儲器展開,用反應(yīng)離子(RIE)氧化進(jìn)行Cu_xO制備,對器件的forming電壓、疲勞特性、保持特性進(jìn)行了研究,提出了上電極界面處的局部導(dǎo)電通道的形成與關(guān)斷的電阻轉(zhuǎn)換模型,基于雙大馬士革工藝,提出相應(yīng)的與銅互連后端工藝集成的解決方案,為生產(chǎn)低成本、高密度、高可靠性的Cu_xO電阻存儲器奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

第一章緒論基于浮柵(floatinggate)的閃存(Flash)閃存是通過對傳統(tǒng)MOS進(jìn)行改造后形成，由襯底、隧穿氧化層、多晶硅浮柵(FG)、柵間絕緣層和多晶硅控制柵(CG)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示〔4]。閃存通過使用強(qiáng)電場，將電子注入或拉出浮柵(FG)來實(shí)現(xiàn)編寫和擦除過程，如圖2所示。當(dāng)在控制柵(CG)上施加一個(gè)較高的正壓，導(dǎo)電溝道中的部分電子會以隧穿電流的方式注入到浮柵層中，，同時(shí)被浮柵層俘獲;當(dāng)在控制柵施加一反向高電壓，俘獲的電子將以隧穿電流的形式被拉出浮柵層。由于浮柵中電子數(shù)量的變化，存儲單元的開啟電壓會隨之變化。當(dāng)向浮柵中注入電子時(shí)，開啟電壓較高，定義為‘1’;當(dāng)浮柵中電子被拉出時(shí)，開啟電壓較低，定義為‘0’，讀取數(shù)據(jù)時(shí)，施加某一幅值的電壓于控制柵，通過讀取源漏端電流來區(qū)分不同的存儲狀態(tài)。

第一章緒論基于浮柵(floatinggate)的閃存(Flash)閃存是通過對傳統(tǒng)MOS進(jìn)行改造后形成，由襯底、隧穿氧化層、多晶硅浮柵(FG)、柵間絕緣層和多晶硅控制柵(CG)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示〔4]。閃存通過使用強(qiáng)電場，將電子注入或拉出浮柵(FG)來實(shí)現(xiàn)編寫和擦除過程，如圖2所示。當(dāng)在控制柵(CG)上施加一個(gè)較高的正壓，導(dǎo)電溝道中的部分電子會以隧穿電流的方式注入到浮柵層中，同時(shí)被浮柵層俘獲;當(dāng)在控制柵施加一反向高電壓，俘獲的電子將以隧穿電流的形式被拉出浮柵層。由于浮柵中電子數(shù)量的變化，存儲單元的開啟電壓會隨之變化。當(dāng)向浮柵中注入電子時(shí)，開啟電壓較高，定義為‘1’;當(dāng)浮柵中電子被拉出時(shí)，開啟電壓較低，定義為‘0’，讀取數(shù)據(jù)時(shí)，施加某一幅值的電壓于控制柵，通過讀取源漏端電流來區(qū)分不同的存儲狀態(tài)。
【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】：2008
【分類號】：TP333

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李明;宓一鳴;言智;季鑫;;鍺系相變材料的晶體結(jié)構(gòu)[J];熱處理;2012年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李穎_";基于二元金屬氧化物阻變存儲器的研究[D];蘭州大學(xué);2011年

2 謝宏偉;二元過渡金屬氧化物的阻變存儲器研究[D];蘭州大學(xué);2013年

本文編號：2590242