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全功能相变存储器芯片设计及后集成工艺研究

作　者: 王嘉慧
导　师: 缪向水
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 相变存储器外围电路相变单元 CMOS后集成工艺
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要

相变存储器以其读写速度快、功耗低、存储密度高、抗疲劳特性好、与CMOS工艺兼容、抗辐射等特点成为下一代非易失性存储器的有力竞争者。本文介绍了一款全功能相变存储器芯片的设计和制备。本文从芯片总体设计构架着手,分析了阵列控制晶体管的设计原则,介绍了写电路、读电路、逻辑控制模块和输入/输出端口控制模块的工作原理和优化方法。采用了一种偏置可调型的读写电路。采用SMIC代工厂的0.35微米和0.18微米工艺实现了该外围电路IC设计。写电路产生的RESET脉冲幅值范围是0~4mA、SET脉冲幅值范围是0~2 mA;读电路将相变单元的电阻信息转变成0、1逻辑信号输出,读出延时减小到9ns。本文设计了相变单元结构和制备工艺,并实现了CMOS电路和相变存储单元阵列的有效集成。在传统对称型相变单元结构基础上,本文提出了一种上、下接触电极在水平方向上相切的非对称T型结构相变单元,采用了Ge2Sb2Te5和超晶格相变材料,并用剥离工艺实现了该结构相变单元的制备。在CMOS后集成工艺设计中,本文分析了电路版图和后工艺掩模板的配套设计,总结了CMOS后工艺的难点及解决方法,给出了CMOS后集成相变存储单元阵列五层结构的显微图形。相变单元实现了非晶态、晶态间的可逆相变,RESET时间小于5ns。研制成功了全功能相变存储器芯片。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究意义  8-10
  1.2 相变存储器的工作原理  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-12
  1.4 论文研究内容  12-14
2 全功能相变存储器外围电路设计  14-28
  2.1 相变存储器整体结构  14-15
  2.2 存储单元阵列设计  15-18
  2.3 写电路的设计  18-22
  2.4 读电路的设计  22-26
  2.5 其他控制模块设计  26-27
  2.6 本章小结  27-28
3 相变单元设计  28-35
  3.1 单元结构的分析及优化  28-31
  3.2 单元各层材料选择  31
  3.3 工艺设计及实现  31-34
  3.4 本章小结  34-35
4 CMOS 电路的后集成工艺  35-47
  4.1 版图设计  35-41
  4.2 后集成工艺难点  41-43
  4.3 相变存储单元阵列的制备  43-46
  4.4 本章小结  46-47
5 相变存储器芯片的性能  47-54
  5.1 存储单元的性能  47-49
  5.2 芯片电路的性能  49-52
  5.3 全功能芯片的性能  52-53
  5.4 本章小结  53-54
6 总结与展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文和申请专利  60-61
附录2 相变单元五层图形详细制备工艺  61-67

全功能相变存储器芯片设计及后集成工艺研究

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