[發(fā)明專利]一種采用電阻存儲介質(zhì)的一次編程存儲器及其操作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710045644.2
• 申請日: 2007-09-06
• 公開（公告）號: CN101123120A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 林殷茵;金鋼;陳邦明
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G11C17/08
• 分類號: G11C17/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發(fā)明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種一次編程存儲器及其存儲操作方法。

背景技術

非揮發(fā)存儲器在斷電時仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)，這使得非揮發(fā)存儲器在各種不同類型的電子設備中有著及其廣泛的應用。一次編程存儲器(OTP)是常見的非揮發(fā)存儲器中的一種，它通過字線和位線交叉的存儲單元來存儲邏輯信息，其中，常見的存儲單元有熔絲、反熔絲和電荷俘獲型器件(例如浮柵雪崩注入場效應管)。一次編程存儲器一般是不可重復編程的。

一種一次編程存儲器(OTP)的單元是利用電容中的二氧化硅層的擊穿效應來存儲數(shù)據(jù)。這種基本的存儲可編程只讀存儲器將一個氧化物電容和一個突變二極管串聯(lián)在一起來構成字線和位線的交叉單元。一個未被電擊穿的電容表示存儲邏輯“0”，而一個被電擊穿的電容表示存儲邏輯“1”。二氧化硅層有一個10C/cm2的擊穿電荷閾值，當一個10V的電壓加到一個10nm厚的電容絕緣層上，將產(chǎn)生一個1mA/cm2的電流流過。當加于10V電壓時，需要一定的時間來編程一個存儲單元。然而在電擊穿過程中會有高功耗的損失，例如在1ms的時間內(nèi)一個5V的電壓來編程存儲單元，那個在每平方厘米的電容絕緣層上將有50W的能量損失(10C*5V)。此外，由于器件一旦被擊穿后不能被再進行編程和擦除操作，所以對器件的測試條件要求較高，測試時不能擊穿器件，同時也不能對器件進行加速測試，所以測試所花費的時間也將較長，影響了產(chǎn)品的良率。

另一些非揮發(fā)存儲器能夠被重復地編程和擦除，包括可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)和電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)，他們也可以被用做一次編程存儲器。EPROM通過照射紫外光來進行擦除，通過加電壓來進行編程；而EEPROM擦出和編程都是通過加不同的電壓來完成的。EPROM和EEPROM具有相似的結構，也就是通常所說的浮柵型結構。浮柵型結構通過浮柵上注入和移除電荷來實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)，浮柵上存儲電荷的多少決定了器件的閾值電壓Vt，根據(jù)閾值電壓的不同來讀出所存儲的數(shù)據(jù)。

一般來說，用于制造各種類型的非揮發(fā)存儲器的工藝制程要落后于先進的CMOS邏輯工藝。例如，用于快閃EEPROM的器件的工藝要比標準的先進CMOS工藝多加30％的掩膜步驟，以便制造高電壓產(chǎn)生電路、浮柵結構、ONO層、三阱，以及在這些器件中一般具有的特殊的源和漏結所需的各種特殊的區(qū)域和結構。

據(jù)此，用于快閃結構的器件要落后于先進CMOS工藝一到兩代，同時每個芯片的成本都要比后者貴30％。作為另一個例子，基于氧化層擊穿效應的反熔絲器件的工藝必須適合于制作各種反熔絲結構和高電壓電路，因此該工藝同樣趨于比先進CMOS工藝落后一代。

隨著工藝尺寸的縮小，上述的可編程只讀存儲器都會遇到瓶頸問題。例如，工業(yè)界普遍認為快閃存儲器將遭遇物理極限瓶頸，F(xiàn)LASH的浮柵不能隨技術代發(fā)展無限制減薄；而基于氧化層擊穿效應的可編程只讀存儲器將遭遇軟擊穿的問題。

最近電阻隨機存儲器(resistive?random?access?memory，簡稱為RRAM)因為其高密度、低成本、可突破技術代發(fā)展限制的特點引起高度關注，所使用的材料有相變材料、摻雜的SrZrO₃、鐵電材料PbZrTiO₃、鐵磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃、二元金屬氧化物材料、有機材料等。二元金屬氧化物(如銅的氧化物、鈦的氧化物、鎳的氧化物、鋯的氧化物、鋁的氧化物、鈮的氧化物、鉭的氧化物等)由于在組份精確控制、與集成電路工藝兼容性及成本方面的潛在優(yōu)勢格外受關注。