学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

CMOS/SOI与铁电存储器（FeRAM）的工艺研究

作　者: 范秀强
导　师: 林成鲁
学　校: 中国科学院上海冶金研究所
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: SOI CMOS／SOI 抗辐照 D／A A／D FeRAM 1C/1T
分类号: TP333.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
下　载: 198次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

SOI电路具有高速、低压、低功耗、抗辐照、耐高温等优点，由于SOI材料的成本较高，原来它的应用主要局限在军工、航空航天等领域来制作耐高温和抗辐照电路。随着SOI衬底制备技术的发展，SOI国片成本不断降低，使得SOI进入民用成为可能。随着移动通信、笔记本电脑等便携式电子产品发展，SOI将成为实现低压、低功耗的主流技术。由于SOI技术也是国防微电子的核心技术之一，长期以来，西方国家一直在材料等相关技术方面对我国实施限制与禁运。按照中国科学院知识创新工程项目《SOI材料与器件》的要求，本论文详细研究了CMOS/SOI器件工艺，进行了CMOS/SOI十二位D/A，八位A/D转换器电路的研制工作。作为本论文的另一方面，本文还根据“863”任务的需要研究了在信息领域有重要应用前景的铁电存储器，铁电存储器（FeRAM）是一种非挥发性存储器。它与普通的浮栅存储器（E²PROM）相比，FeRAM具有写操作速度快、可重写次数多、功耗低等优点。近几年来对它的研究一直是集成铁电学领域内研究的热点。结合以上两方面的任务，本论文主要进行了以下几方面工作： 1．根据SOI电路的特点，与四川固体电路研究所合作，参与了CMOS/SOI十二位D/A、八位A/D转换器讨论与设计的部分工作。在D/A转换器设计中采用了3+9分段结构，对高三位数字量进行3-7温度编码，在没有进行激光调阻的情况下，达到设计所要求的非线性误差，提高了转换器的精度。在A/D转换器的设计中，采用了分级并行转换电路，在牺牲一定的电路速度的情况下，降低了电路制备的难度。 2．对CMOS/SOI晶体管的工艺进行了研究。采用多次氧化对SOI衬底的顶层硅进行减薄，成功制备出全耗尽的MOS晶体管。优化了MOS晶体管掺杂工艺；使它的阈值电压达到预定要求。发现注入能量和注入杂质分布是影响掺杂的主要因素。在工艺上采用的注入条件为：20～30nm缓冲氧化层；注入能量为40KeV；注入剂量4～8×10¹²/cm²。 3．在对SOI器件工艺研究的基础上，对CMOS/SOI工艺流程进行了优化。利用顶层硅厚度为2400A的P型SOI衬底，参与四川固体电路研究所的流片工作，成功地制备出CMOS/SOI十二位D/A转换器和CMOS/SOI八位A/D转换器。并对制备的CMOS/SOI A/D、D/A转换器相关功能测试的结果进行了分析。 4．自行设计了4×8位铁电存储器，完成了4×8位1C/1T铁电存储器阵列的版图设计、制版。 5．对铁电存储器的工艺进行了详细的研究，完成了铁电存储器的整个工艺流程。发现作为上电极的Pt与PZT薄膜的粘附性比较差，用丙酮超声清洗时上 — —IV—— ＼电极的Pt大面积与PZT薄膜剥离。在500℃下退火30分钟后，Pt与PZT薄膜的粘附性得到大幅度改善。 6在对铁电电容的模型进行了初步的研究后，在Hspice中实现了零反转时间瞬态铁电电客模型（ ZSTT model）。采用 ZSTT模型对 IC／IT铁电存储单元的读写时序进行了模拟，并对铁电存储器中的铁电电客面积进行优化。

全文目录

致谢  3-5
发表论文目录  5-6
中文摘要  6-8
英文摘要  8-13
前言  13-15
第一章 SOI的应用及器件物理的若干问题  15-38
  1．1 引言  15
  1．2 SOI技术的发展过程  15-16
  1．3 SOI相对于体硅的优越性  16-19
  1．4 SOI材料制备技术  19-21
    1．4．1 注氧隔离（SIMOX）技术  19-20
    1．4．2 智能剥离（SMART-CUT）SOI新技术  20-21
  1．5 SOI器件的若干物理问题  21-27
    1．5．1 阈值电压  22-24
    1．5．2 亚阈值斜率  24-25
    1．5．3 体效应  25-26
    1．5．4 短沟道效应  26
    1．5．5 翘曲效应  26-27
    1．5．6 寄生双极晶体管效应  27
  1．6 CMOS/SOI工艺  27-31
    1．6．1 隔离技术  27-29
    1．6．2 杂质分布  29-30
    1．6．3 CMOS/SOI工艺流程  30-31
  1．7 SOI技术的应用  31-36
    1．7．1 SOI技术的三个主要应用领域  31-34
    1．7．2 SOI技术应用新进展  34-36
  1．8 本论文工作  36
  本章参考文献  36-38
第二章铁电薄膜的器件应用  38-45
  2．1 引言  38
  2．2 自发极化与铁电特性  38-39
  2．3 集成铁电器件  39-40
  2．4 铁电动态随机存储器（FERAM）  40-43
    2．4．1 FERAM的优点  40-41
    2．4．2 FERAM研究的主要问题  41-42
    2．4．3 铁电存储器的应用领域  42-43
  2．5 本章小结  43-44
  本章参考文献  44-45
第三章 CMOS/SOI十二位D/A、八位A/D转换器的研制  45-59
  3．1 引言  45
  3．2 CMOS/SOI十二位D/A、八位A/D转换器  45-51
    3．2．1 CMOS/SOI十二位D/A转换器  46-49
    3．2．2 CMOS/SOI八位A/D转换器  49-51
  3．3 CMOS/SOI十二位D/A、八位A/D转换器的工艺流程  51-54
  3．4 器件特性测试分析  54-56
    3．4．1 器件特性测试结果  54
    3．4．2 背栅测试与分析  54-56
  3．5 流片测试结果及分析  56-57
    3．5．1 电路功能测试方法  56
    3．5．2 CMOS/SOI十二位D/A转换器测试结果  56-57
    3．5．3 CMOS/SOI八位A/D转换器测试结果  57
  3．6 本章小结  57-58
  本章参考文献  58-59
第四章铁电存储器的设计与工艺研究  59-74
  4．1 引言  59-60
  4．2 铁电存储单元  60-64
    4．2．1 1C/1T存储单元的工作原理  60-62
    4．2．2 2C/2T存储单元的工作原理  62-63
    4．2．3 FEMFET存储单元及工作原理  63-64
  4．3 4×8位铁电存储器的设计及工艺研究  64-72
    4．3．1 4×8位铁电存储器的设计  64-65
    4．3．2 4×8位铁电存储器存储单元的工艺研究  65-72
  4．4 工艺流程中存在的问题  72-73
  4．5 本章小结  73
  本章参考文献  73-74
第五章铁电存储单元的模拟  74-84
  5．1 引言  74
  5．2 铁电电容的测量  74-77
    5．2．1 电滞回线的测量  74-76
    5．2．2 瞬时电流测量  76-77
  5．3 ZSTT铁电电容模型  77-78
  5．4 参数提取和分析  78-79
  5．5 ZSTT铁电电容模型的实现  79-81
  5．6 1C/1T存储单元的模拟  81-83
    5．6．1 优化铁电电容的面积  81
    5．6．2 1C/1T铁电存储单元读、写操作的时序  81-83
  5．7 本章小结  83
  本章参考文献  83-84
第六章总结  84-86
简历  86

CMOS/SOI与铁电存储器（FeRAM）的工艺研究

内容摘要

全文目录

相似论文