| 摘要 | 第6-7页 |
| Abstract | 第7-8页 |
| 本文所使用缩略语简表 | 第9-11页 |
| 第一章 绪论 | 第11-50页 |
| 1.1 半导体存储器的分类、技术和发展 | 第13-21页 |
| 1.1.1 DRAM和SRAM | 第14-15页 |
| 1.1.2 EPROM、EEPROM和FLASH | 第15-18页 |
| 1.1.3 FUSE和ANTIFUSE | 第18-19页 |
| 1.1.4 各种半导体存储器的性能对比 | 第19-20页 |
| 1.1.5 半导体存储器的阵列结构 | 第20-21页 |
| 1.2 非挥发性存储器(FLASH)在微缩化背景下存在的问题 | 第21-23页 |
| 1.2.1 微缩化的工艺要求(Physical scaling) | 第22页 |
| 1.2.2 微缩化后的电学性能(Electrical scaling) | 第22-23页 |
| 1.2.3 微缩化的可靠性(Reliability scaling) | 第23页 |
| 1.2.4 FLASH微缩化出现的问题 | 第23页 |
| 1.3 新型非挥发性存储器的出现及发展机遇 | 第23-38页 |
| 1.3.1 电荷俘获存储器(SONOS) | 第25页 |
| 1.3.2 铁电存储器(FeRAM) | 第25-26页 |
| 1.3.3 磁存储器(MRAM) | 第26-28页 |
| 1.3.4 相变存储器(PRAM) | 第28-30页 |
| 1.3.5 阻变存储器(RRAM)和导电桥存储器(CBRAM) | 第30-37页 |
| 1.3.5.1 阻变机理的分类 | 第31-33页 |
| 1.3.5.2 阻变材料的双极(Bipolar)和单极转换(Unipolar) | 第33-34页 |
| 1.3.5.3 阻变材料的多样性 | 第34页 |
| 1.3.5.4 多层堆栈的阻变器件 | 第34-36页 |
| 1.3.5.5 阻变存储器的两个发展方向(嵌入式和高密度) | 第36-37页 |
| 1.3.5.6 当前国际上阻变存储器芯片的研究报道 | 第37页 |
| 1.3.6 各种新型的非挥发性存储器的性能对比 | 第37-38页 |
| 1.4 影响阻变存储器(RRAM)性能的可靠性因素 | 第38-43页 |
| 1.4.1 阻变层的成份和厚度(Material) | 第38-39页 |
| 1.4.2 电学参数的均匀性(Uniformity) | 第39-40页 |
| 1.4.3 可靠的擦写操作(Algorithm) | 第40-41页 |
| 1.4.4 反复擦写能力(Endurance) | 第41页 |
| 1.4.5 数据保持能力(Retention) | 第41-43页 |
| 1.5 本文的研究意义、目标及论文结构 | 第43-44页 |
| 1.5.1 本文的研究意义 | 第43页 |
| 1.5.2 本文的研究目标及框架 | 第43页 |
| 1.5.3 本文的章节组织 | 第43-44页 |
| 参考文献 | 第44-50页 |
| 第二章 Cu_xSi_yO RRAM的标准逻辑工艺集成、可靠性测试系统搭建和研究方法 | 第50-61页 |
| 2.1 1Mb RRAM测试芯片的工艺集成 | 第50-53页 |
| 2.1.1 实验室制备阻变器件研究的局限性 | 第50页 |
| 2.1.2 CuSiO RRAM的后端集成工艺 | 第50-52页 |
| 2.1.3 1Mb测试芯片 | 第52-53页 |
| 2.2 可靠性测试系统的搭建 | 第53-55页 |
| 2.2.1 测试设备 | 第53-54页 |
| 2.2.2 薄膜表征手段 | 第54页 |
| 2.2.3 测试步骤 | 第54页 |
| 2.2.4 测试记录和数据分析 | 第54-55页 |
| 2.3 可靠性研究方法 | 第55-59页 |
| 2.3.1 RRAM的导电细丝模型和寿命评估(Arrhenius方法) | 第55-56页 |
| 2.3.2 温度加速测试data retention及寿命评估 | 第56-58页 |
| 2.3.3 负电压偏置的data retention测试及寿命评估 | 第58-59页 |
| 2.3.4 本课题的可靠性测试分析中考虑的其他参数 | 第59页 |
| 2.4 本章小结 | 第59-60页 |
| 参考文献 | 第60-61页 |
| 第三章 Cu_xSi_yO材料成份配比的可靠性研究 | 第61-74页 |
| 3.1 Cu_xSi_yO的材料性能及作为RRAM的阻变机理 | 第61-65页 |
| 3.1.1 单晶Cu_2O的晶体学性能 | 第61页 |
| 3.1.2 多晶的Cu_xSi_yO薄膜 | 第61-63页 |
| 3.1.3 Cu_xSi_yO RRAM的Ⅰ-Ⅴ特性 | 第63页 |
| 3.1.4 Cu_xSi_yO RRAM的阻变机理 | 第63-65页 |
| 3.2 Cu_xSi_yO材料的成份配比对电学性能的影响 | 第65-72页 |
| 3.2.1 不同配比的CuSiO薄膜的材料性能表征 | 第65-68页 |
| 3.2.1.1 XPS和TEM的表征结果 | 第65-68页 |
| 3.2.1.2 特殊的氧化过程 | 第68页 |
| 3.2.2 不同配比的CuSiO RRAM的电学参数分析 | 第68-72页 |
| 3.2.2.1 Forming性能的研究 | 第68-70页 |
| 3.2.2.2 MTP cycle后的高低阻性能的研究 | 第70-71页 |
| 3.2.2.3 Si元素加入使阻变性能提高的原因分析 | 第71-72页 |
| 3.3 本章小结 | 第72页 |
| 参考文献 | 第72-74页 |
| 第四章 Cu_xSi_yO RRAM的电学操作可靠性研究 | 第74-93页 |
| 4.1 单电压脉冲操作对Ron性能的影响 | 第75-80页 |
| 4.1.1 单脉冲宽度对阻值分布及retention性能的影响 | 第75-76页 |
| 4.1.2 单脉冲幅度对阻值分布及retention性能的影响 | 第76-77页 |
| 4.1.3 单脉冲操作中限流对阻值分布及retention性能的影响 | 第77-78页 |
| 4.1.4 利用Ron阻值进行screening的方法 | 第78-79页 |
| 4.1.5 算法加强改善性能的机理解释 | 第79-80页 |
| 4.2 阶梯式的RESET算法对Roff稳定的影响 | 第80-83页 |
| 4.2.1 调整脉冲宽度和步进电压对Roff的影响 | 第80-82页 |
| 4.2.2 RPS算法对retention性能的影响 | 第82-83页 |
| 4.3 阻变速度和retention的关系 | 第83-87页 |
| 4.3.1 SET阻变速度的电场依赖性 | 第83-85页 |
| 4.3.2 RESET阻变速度的电场依赖性 | 第85-86页 |
| 4.3.3 阻变速度和retention的关系 | 第86-87页 |
| 4.4 针对Ron的失效分析 | 第87-90页 |
| 4.4.1 应力施加下的正常失效(Normal failure) | 第87-89页 |
| 4.4.2 缺陷态造成的非正常失效(Flaw failure) | 第89-90页 |
| 4.5 本章小结 | 第90-91页 |
| 参考文献 | 第91-93页 |
| 第五章 Cu_xSi_yO RRAM的微缩化研究 | 第93-105页 |
| 5.1 特殊的微缩化工艺 | 第93-94页 |
| 5.2 微缩化到40nm尺寸的电学性能研究 | 第94-100页 |
| 5.2.1 分布均匀的电阻和forming电压 | 第94-95页 |
| 5.2.2 RESET电流降低(5倍幅度) | 第95-96页 |
| 5.2.3 高低阻的窗口测试 | 第96-97页 |
| 5.2.4 数据保持能力测试 | 第97页 |
| 5.2.5 Read disturbance测试 | 第97-98页 |
| 5.2.6 与EEPROM和FLASH的对比 | 第98-100页 |
| 5.3 不同技术代的RRAM性能对比 | 第100-101页 |
| 5.4 RRAM微缩化的机理探索 | 第101-102页 |
| 5.5 本章小结 | 第102-103页 |
| 参考文献 | 第103-105页 |
| 第六章 基于铝互连标准逻辑工艺的WO_x/AlO_x RRAM的可靠性研究 | 第105-111页 |
| 6.1 后端工艺退火自形成的WO_x/AlO_x双层结构的RRAM | 第105-106页 |
| 6.2 双层的WO_x/AlO_x RRAM的可靠性研究 | 第106-108页 |
| 6.2.1 氧化对薄膜结构及阻变性能的影响 | 第106-107页 |
| 6.2.2 稳定的初始态电阻分布 | 第107-108页 |
| 6.2.3 高低阻窗口的可靠性测试 | 第108页 |
| 6.3 本工作和其他双层结构RRAM的比较 | 第108-109页 |
| 6.4 本章小结 | 第109页 |
| 参考文献 | 第109-111页 |
| 第七章 总结与展望 | 第111-113页 |
| 博士期间论文发表情况 | 第113-114页 |
| 致谢 | 第114-115页 |
