0.35微米每单元两位sonos结构的嵌入式闪存工艺的开发

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1、第一章引言随着人类科学技术的发展，电子工业在过去40年间得到了迅速增长，微电子学的革命是主要的驱动力之一。20世纪60年代初，在一片硅圆片上制作一个以上的晶体管被看成是划时代的。然而，在当今世界，集成电路可包含有几十亿个晶体管，45nm的技术已经实现了工业化生产，12英寸硅片成为制造主流”1。半导体存储器技术的发展也在最近的30年间显著的发展，成为半导体工业中不可缺少的一部分。存储器根据断电状态时能否保持已存储的数据，分为非挥发性存储器(NⅧ)和挥发性存储器。非挥发性存储器(NVM)从1970年引入浮空多晶硅栅为基础的可擦除编程只读存储器(EPROM)以来，有了显著改进。EPROM要

2、从系统取下后暴露于紫外光下擦除，而它的替代物是后来开发的电可擦除EPROM(EEPRoM)，它提供了电路中编程的灵活性。此后EEPROM的基础上出现了快闪存储器(FlashMemory)，它的全部存储器阵列单元的存储信息可以同时擦除，而EEPRO～I每个单元有选择管只允许单个字节的擦除。由此FlashMemory的单元可以比浮栅EEPROM的单元小1／z到1／3。现在，正在大量的探索各种存储器结构的研究，包括用电介质环绕的电荷绝缘，磁核存储，化学现象，相变材料，以及用库仑阻挡势垒保持电荷等。因此非挥发性存储器技术正在不断发展，新的存储方案不断推出：如a)质子非挥发性存储器一基于质子作

3、为硅一氧化硅一硅(si—Si0扩Si)器件中信息的载体，产生存储器功能；b)纳米存储器一在一个平坦的聚合物表面用原子力显微镜产生微刻痕；全息数据存储一达到比表面存储高几个数量级的密度；c)单电子器件的存储器，工作原理是依靠电子间的库仑排斥力。这种器件的物理尺寸只有原子大小，且可以在极低的功率下操作。总之探求更小，更便宜，更可靠的不挥发性数据存储的方案是未来的存储器的发展趋势。Ⅲ1非挥发性半导体存储器的基本工作原理是在一个MOSFET(Or属半导体氧化物场效应管)的栅介质中存储电荷。这种存储方式分为两种，一种是把电荷存储在一个被介质层(通常为热氧化硅)完全包围的导电或半导电层中。这类器

4、件被称为浮栅器件。另一种方式是电荷被存储在一个适当的介质层的分立的俘获中心里。这类器件称称为电荷俘获器件。这类器件中最常用的是金属一氮化硅一氧化硅一半导体(MNOS)和硅一氧化硅一氮化硅一氧化硅一硅(SONOS)存储器。本篇所关注的SONOSFlash，采用了硅一氧化硅一氮化硅一氧化硅一硅的结构(SONOS)Flash⋯。电荷通过氧化层的输运是对浮栅进行充放电，并使叠栅存储器件能够工作的基本机制。为了实现写／擦操作，电荷必须移动通过由浮栅和存储器其他端口之间的绝缘层建立起来的电位势垒。在两种非挥发性存储器一电荷俘获器件和4第一章引言浮栅器件中，器件编程所需的电荷都必须注入一个氧化层，

5、或是被存储在氮化硅层的孤立陷阱中，或是被收集在浮栅器件的浮栅中。最初的浮栅一金属一二氧化硅一半导体(Floating-gate-Metal—Oxide—Semiconductor，FAMOS)结构是P沟器件，它采用了雪崩注入方案。但是，对于更快的读取访问时间，需要采用N沟器件，因为N沟器件的沟道载流予迁移率更高。N沟存储单元的两种主要注入方案是沟道热电子注入(ChannelHotElectronInjection，CHEI)和高电场Fowler—Nordheim(F—N)隧穿。其他的电荷注入方案包括多晶氧化硅导电和带一带隧穿或增强的F-N隧穿。CHEf是建立在硅中的高电场引起的载流子

6、注入及后续的越过二氧化硅能量势垒的注入基础上的。F-N和增强的F—N方案是建立在穿过氧化层的量子力学的隧穿机制基础上的。目前在国际上，以色列Saifun的SONOSFlash技术使存储量高达每单元4比特，或是基本存储单元存储量的两倍以上。鲫““同时SAIFUNNROM“的单元架构所需的生产步骤较少，因而降低了生产成本。以色列Saifun公司的专利技术，经过多年的实践证实作为嵌入式闪存使用时，这是一种比传统浮栅具有优势的结构。而且，它是～种与普通逻辑工艺完全兼容的技术。在国内，SMIC正在同Saifun进行技术合作，采用其90hm的NROMTM技术，生产内存达8Gb的闪存卡。我公司也致

7、力于代工0．35um技术的嵌入式存储器产品。本篇所介绍的0．35微米SONOS结构的每单元2位嵌入式闪存工艺(2bitpercellembeddedflashprocess)采用了以色列Saifun公司的专利而开发的工艺，它的特点是将模拟电路、接口逻辑与闪存集成在一个芯片上，形成一个片上系统(SoC)，因此此工艺可称为嵌入式闪存工艺。它的工艺优点在于：嵌入式存储器与标准的CMOS逻辑工艺完全兼容；而且此工艺Flash的单元面积比传统Flash的单元面积小4