本文關(guān)鍵詞： BZN反熔絲 反熔絲PROM 雙柵晶體管 感應(yīng)耦合等離子體 反熔絲特性 總劑量效應(yīng)　出處：《電子科技大學(xué)》2013年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：由于反熔絲器件及芯片具有可靠性高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在戰(zhàn)略武器、衛(wèi)星通信和航空航天等要求高可靠的領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用。我國(guó)對(duì)反熔絲器件及芯片的需求十分迫切，然而我國(guó)對(duì)反熔絲器件及芯片的研究卻處于剛剛起步的階段，尚有大量的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題亟待突破與解決。本文以此為背景，針對(duì)新型反熔絲器件及新型抗總劑量輻射PROM開(kāi)展了大量的創(chuàng)新性研究工作。主要包括以下幾個(gè)方面： 第一：提出了一種基于鈮酸鋅鉍（BZN）高K材料的新型反熔絲器件結(jié)構(gòu)并開(kāi)展了其制備工藝研究。BZN反熔絲的基本結(jié)構(gòu)為T(mén)i/Pt/BZN/Al。分別使用SF6/Ar和CF4/Ar高密度感應(yīng)耦合等離子體（ICP）對(duì)BZN反熔絲介質(zhì)層進(jìn)行了刻蝕工藝研究。研究發(fā)現(xiàn)使用SF6/Ar和CF4/Ar感應(yīng)耦合等離子體對(duì)BZN薄膜進(jìn)行刻蝕的刻蝕機(jī)理為物理輔助的化學(xué)反應(yīng)刻蝕。經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化得到了BZN薄膜的最佳刻蝕工藝參數(shù)，即工藝氣體流量比為3/2，總流量25sccm，工作壓強(qiáng)10mTorr，ICP功率800W。使用最佳工藝參數(shù)，分別利用SF6/Ar和CF4/Ar感應(yīng)耦合等離子體對(duì)BZN薄膜進(jìn)行刻蝕，刻蝕速率分別達(dá)到了43.15nm/min和26.04nm/min。在SF6/Ar感應(yīng)耦合等離子體中的BZN薄膜的刻蝕圖形具有邊緣齊整、形狀完好、表面光滑、潔凈、無(wú)殘留物的特征，而在CF4/Ar感應(yīng)耦合等離子體中的BZN薄膜的刻蝕表面殘留了一些不易揮發(fā)的碳聚合物。相比CF4/Ar感應(yīng)耦合等離子體，使用SF6/Ar感應(yīng)耦合等離子體對(duì)BZN薄膜進(jìn)行刻蝕是一個(gè)比較好的選擇。制備了具有不同尺寸的圓形BZN反熔絲樣品，其直徑分布范圍是20~200μm。通過(guò)改變BZN薄膜的沉積溫度，分別制備了結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲樣品。 第二：對(duì)BZN反熔絲的基本性能，包括關(guān)態(tài)特性、編程特性、開(kāi)態(tài)特性以及可靠性進(jìn)行了研究。分別使用從上至下和從下至上兩種編程方向?qū)ZN反熔絲的擊穿特性進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)使用從上至下編程方向?qū)ZN反熔絲進(jìn)行編程是一個(gè)理想的選擇。結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲的擊穿電壓分別是4.6V和6.56V，它們的關(guān)態(tài)電阻均為G量級(jí)。結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲所需的編程電壓、電流和時(shí)間分別是5.5V、1.06mA和2.0ms；而非結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲所需的編程電壓、電流及時(shí)間分別是7.5V、1mA及0.46ms。結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲的開(kāi)態(tài)電阻分別是17.5和26.1。與結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲相比，非結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲具有較大的編程電壓和開(kāi)態(tài)電阻，然而非結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲的漏電流、編程時(shí)間以及編程能量均較低。而與柵氧化層反熔絲相比，無(wú)論是結(jié)晶態(tài)還是非結(jié)晶態(tài)BZN反熔絲均表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的編程特性以及開(kāi)態(tài)特性。研究發(fā)現(xiàn)BZN反熔絲具有很高的可靠性：其工作壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)10年；在應(yīng)力電流的作用下不存在關(guān)斷現(xiàn)象；具有較小的溫度依賴(lài)性�？傊珺ZN反熔絲具有極其卓越的性能，是有望取代柵氧化層反熔絲的新一代反熔絲結(jié)構(gòu)。 第三：提出了一種新型抗總劑量輻射器件結(jié)構(gòu)，即雙柵晶體管。使用雙柵晶體管既可以滿(mǎn)足耐壓的要求又可以實(shí)現(xiàn)較高的抗總劑量輻射能力。在0.35μmCMOS工藝中，雙柵晶體管的閾值電壓降至0V時(shí)需要的輻射總劑量約為3Mrad(Si)，而具有同樣耐壓能力的NMOS高壓晶體管的閾值電壓降至0V時(shí)需要的輻射總劑量約為70krad(Si)。因此，在具有同樣耐壓能力的前提下雙柵晶體管的抗總劑量輻射能力提高了約43倍。 第四：基于雙柵晶體管使用0.18μm CMOS工藝設(shè)計(jì)了抗總劑量輻射雙柵反熔絲PROM電路并進(jìn)行了仿真研究。為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，提出了改進(jìn)型雙柵晶體管結(jié)構(gòu)。使用改進(jìn)型雙柵晶體管設(shè)計(jì)的雙柵反熔絲PROM的讀出閾值約為110K，是實(shí)測(cè)雙柵反熔絲PROM中反熔絲單元編程后電阻平均值的22倍。為了與雙柵反熔絲PROM進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)了對(duì)照組反熔絲PROM（即傳統(tǒng)型反熔絲PROM）包括直柵和環(huán)柵反熔絲PROM。由于受耐壓的限制，對(duì)照組反熔絲PROM的工作電壓為3.3V，而雙柵反熔絲PROM在保證耐壓能力的前提下將工作電壓降至了1.5V。 第五：基于0.18μm CMOS工藝分別對(duì)直柵、環(huán)柵和雙柵反熔絲PROM進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)與流片。流片后的基本功能測(cè)試表明三種反熔絲PROM均具有良好的編程和讀取功能。使用60Coγ源對(duì)三種反熔絲PROM的抗總劑量輻射性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，直柵和環(huán)柵反熔絲PROM的抗總劑量輻射能力分別約為60和600krad(Si)，而雙柵反熔絲PROM的抗總劑量輻射能力大于9Mrad(Si)。雙柵反熔絲PROM的抗總劑量輻射能力比環(huán)柵反熔絲PROM的抗總劑量輻射能力提高了至少15倍�？傊�，與傳統(tǒng)型反熔絲PROM相比，在具有同樣耐壓能力的前提下，，雙柵反熔絲PROM不僅功耗低而且抗總劑量輻射能力強(qiáng)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TN402;TP333

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1549164