0.13微米闪存工艺平台开发与优化研究

论文摘要

近些年来,随着家用电器、个人电脑、照相机以及智能掌上移动设备等产品的快速增长,IC产业几乎融入了人们生活的方方面面。其中不挥发存储器因为具有断电下可靠的数据保持性能,得到了飞速的发展。进入21世纪以来,随着制造工艺的不断革新,不挥发存储器的存储容量已经突破了千兆大关,其市场占有率接近半导体产业的半边天。作为不挥发存储器家族中的佼佼者,闪存(Flash)存储器可谓如日中天,从几万字节的NOR型flash到几十千兆字节的NAND型flash,产品种类可谓琳琅满目,大有一统存储器天下之势。本人有幸参加了0.13微米NOR flash工艺库开发的整个过程,结合工作实践,对其工艺平台的开发作了全方面且有针对性研究。首先,文章概述了不挥发存储器的发展史以及种类,通过各种存储器结构、特性的比较,明确0.13微米NOR flash的开发的方向。接着从器件结构入手,通过物理结构与等效电容模型来量化分析器件的特性；同时通过从原理上解析flash常用的两种编程、擦除工作机制来讨论0.13微米NOR flash器件的工作模式与性质,从而定义出工艺平台开发的目标与验证标准。工艺平台的建立与优化是文章的重点。在以0.13、0.18微米CMOS逻辑电路设计规则的基础上,将flash工艺特有的隔离、线宽修正以及边界定义等方面做了充分研究,建立了一套完整的0.13微米flash的设计规则库；而后通过充分探讨了工艺中存在的各种利弊因素,建立了最佳的流程框架,以达到简洁、高效且可靠工序的目的。隧道氧化层是flash器件工作的核心,其质量决定了工艺开发的成败。在比较分析业界相关成果的基础上,结合实际情况讨论出最佳的解决方案；同时依据确立的方案,通过对实验结果的论证,对隧道氧化层加以工艺条件和工序的优化和调整,最后从物理形貌和电学特性两个角度验证了方案的可行性和可靠性。最后,对闪存器件的可靠性做了分类性讨论,通过对0.13微米flash的抗干扰性、耐久性与数据保持性的验证,肯定了整个工艺平台的设计与优化的研究成果,完全可以应用于实际工程中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 不挥发存储器的概述
• 1.1.1 存储器与不挥发存储器
• 1.1.2 存储器的分类
• 1.1.3 非挥发存储器的特性
• 1.2 闪存存储器的种类
• 1.2.1 NOR型闪存存储器
• 1.2.2 NAND型闪存存储器
• 1.2.3 NOR与NAND型存储器的比较
• 1.2.4 0.13微米NOR Flash的的构架
• 第二章 不挥发存储器器件结构与原理
• 2.1 不挥发存储器的结构
• 2.1.1 浮栅存储器的结构
• 2.1.2 电荷俘获型存储器的结构
• 2.2 不挥发存储器的工作方式
• 2.2.1 不挥发存储器工作原理
• 2.2.2 不挥发存储器工作的机制
• 2.3 0.13微米NOR Flash器件的结构与特性
• 2.3.1 0.13微米flash器件沿位线方向的结构
• 2.3.2 沿沟道宽度方向的结构
• 2.3.3 器件的主要特性
• 第三章 0.13微米Flash工艺平台的开发
• 3.1 设计规则的制定
• 3.1.1 外围电路的设计规则
• 3.1.2 存储单元的设计规则
• 3.1.3 边界的设计规则
• 3.2 工艺流程的建立
• 3.2.1 主工艺流程顺序的设计
• 3.2.2 各流程间的相互影响及改善
• 第四章 工艺平台的优化与可靠性
• 4.1 0.13微米flash工艺的优化
• 4.1.1 隧道氧化层生长条件的优化
• 4.1.2 隧道氧化层形貌的优化
• 4.1.3 接触孔与叠栅的交叠误差优化
• 4.2 0.13微米flash工艺的可靠性
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢