Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19870909Elc017.shtml

Матрицы запоминающих элементов СППЗУ без контактных окон

УДК 681.327.67

Contactless arrays for EPROMs arrive just in time, No.36, pp.70—72.

По мере роста информационной емкости обычных СППЗУ их изготовление становится все сложнее, и поэтому специалисты компании TI разработали новую компактную структуру запоминающего элемента на пересечении проводящих шин, которая позволит снизить стоимость производства приборов памяти повышенной информационной емкости.

Компания Texas Instruments Inc. разработала и осваивает технологию изготовления недорогих плотноупакованных матриц запоминающих элементов для стираемых ППЗУ. В этих так называемых матрицах СППЗУ без контактных окон вообще не используются металлические контакты, в результате чего полностью устранены трудности, встречающиеся при изготовлении обычных СППЗУ. Новая структура запоминающего элемента позволяет изготавливать матрицы памяти, площадь которых на одну треть меньше, чем у матриц, создаваемых по обычным технологиям. На базе новой структуры уже реализованы кристаллы СППЗУ емкостью 64К, не уступающие в быстродействии обычным ЗУ данного класса и обладающие надежностью, достаточной для приборов промышленного назначения.

Новая структура запоминающего элемента СППЗУ не могла появиться в более удачное время. К настоящему времени в связи с повышением информационной емкости и реализацией всех возможностей миниатюризации существующих конструкций запоминающих элементов становится все труднее изготавливать кристаллы СППЗУ. С уменьшением размеров элементов в матрицах памяти обычной конструкции становится все труднее выполнять электрические контакты к их самоизолированным запоминающим элементам. В типовом СППЗУ, создаваемом по 1,5-мкм топологическим проектным нормам, обеспечение электрического контакта к элементу состоит из осаждения металла на дно контактного окна глубиной около 2,5 мкм и площадью всего 1,5*1,5 мкм.

Чтобы улучшить качество электрических контактов к отдельным запоминающим элементам, в новой технологии поставлена задача вообще исключить металлизацию. Благодаря упрощению технологического процесса эта технология обещает в перспективе повысить выход годных кристаллов и тем самым снизить издержки производства. В результате новая технология поможет стираемым ППЗУ утвердиться на рынке в качестве доминирующих энергонезависимых приборов памяти. Она позволит им сохранить конкурентоспособность даже после снижения цены на более гибкие и универсальные электрически стираемых ППЗУ. Успехи последних связаны с созданием новых структур с быстрым стиранием, в которых стирание всего ЗУ выполняется посредством всего одного импульса.

Новая технология СППЗУ, разработанная компанией TI (Даллас), предусматривает применение запоминающих элементов, выполняемых на пересечении проводящих шин. Речь идет о конструкции с набором скрытых разрядных линий n+-типа и ортогональным ему набором полицидных словарных линий. В отличие от обычных запоминающих элементов с самоизоляцией отдельные самосовмещенные запоминающие элементы в матрицах новой конструкции выбираются сигналами по разрядной и словарной линиям, благодаря чему здесь не требуются непосредственные электрические соединения к каждому из элементов. Кристаллы памяти, изготавливаемые по новой технологии, имеют плоскую поверхность и в принципе не требуют использования металлических контактов — именно это обстоятельство и обеспечивает их повышенную степень интеграции.

В матрице запоминающих элементов нового СППЗУ, выполняемых на пересечениях проводящих шин, выборка каждого элемента осуществляется через его скрытую разрядную линию n+-типа и полицидную словарную линию (рис.1). Полицидные управляющие затворы, выполняющие функцию словарных линий, представляют собой низкоомные двухслойные составные структуры, состоящие из слоя поликремния, покрытого слоем силицида вольфрама. Разрядные линии и словарные линии разделены изолирующим слоем толстого окисла, выращенного над скрытым слоем n+-типа. Для изоляции соседних разрядных линий друг от друга используются ионно-имплантированные области.


Рис.1. Новый запоминающий элемент СППЗУ с самоизоляцией и без контактных окон занимает на кристалле на одну треть меньше площади, чем обычный запоминающий элемент.

Размер запоминающего элемента СППЗУ обычной конструкции, изготовленного по технологии с 1,5-мкм проектными нормами, в типовых случаях составляет 4,5*4,5 мкм, что дает площадь элемента 20,25 мкм2. В экспериментальном демонстрационном кристалле памяти емкостью 64К, созданном с такими же проектными нормами, размер запоминающих элементов новой конструкции — 4,5*3,0 мкм, т.е. площадь всего 13,5 мкм2.

Применение металлизации

Хотя в принципе в новой технологии без контактных окон вообще не требуется применять металлизацию, в демонстрационном кристалле емкостью 64К все же использованы металлические соединительные линии. Это сделано для уменьшения сопротивлений разрядных линий ЗУ. Металлические линии проложены параллельно скрытым разрядным линиям и контактируют с ними через каждые 16 запоминающих элементов, а не в каждом элементе, как в обычных структурах. После разработки более совершенных материалов скрытых слоев — например, силицидов, — количество точек контакта металлических линий с линиями в скрытых слоях можно будет сократить, а в конце концов и полностью исключить.

По словам специалистов компании TI, основное отличие новой технологии без контактных окон от стандартных технологий ЛИПЗМОП-приборов (лавинно-инжекционных приборов с плавающими затворами)1{FAMOS — floating-gata avalanche MOS} состоит в применении скрытых разрядных линий n+-типа под плавающим и управляющим затворами. Новая технология — это самосовмещенная высоковольтная КМОП-технология с карманами обоих типов проводимости и с обычными параметрами (см. таблицу).

Параметры СППЗУ без контактных окон

Технология

КМОП-технология с карманами обоих» типов проводимости, двумя уровнями поликремния и одним уровнем металлизации

Минимальный размер элементов

1,5 мкм ,

Сопротивление n+-линий

30 Ом/квадрат

Толщина окисла в ЛИПЗМОП-структуре

35 нм

Толщина окисла в КМОП-структурах

40 нм

Диэлектрик между уровня-ни поликремния

Окисел — нитрид — окисел

Толщина межуровневого диэлектрика

37,5 нм

Шаг металлизации

4,5 мкм

Сопротивление управляющих затворов

3 Ом/квадрат

Размер контактов

1,5*1,5 мкм

После того как набор линий в скрытом прелое определяет активные области ЛИПЗМОП-элементов, в структуре выращивается первый слой затворного окисла, осаждается слой поликремния и в нем вытравливаются плавающие затворы. Затем формируются диэлектрик, разделяющий уровни поликремния, и структуры n- и p-канальных транзисторов, после чего делаются управляющие затворы, одновременно выполняющие функцию словарных линий. Эти затворы создаются в виде двухслойной структуры поликремний — силицид вольфрама. Самосовмещенные области истока — стока, контакты и металлизация выполняются в новых приборах памяти, как по обычной КМОП-технологии.

Рассматриваемая структура ЛИПЗМОП-элемента на базе скрытого n+-слоя по характеристикам программирования аналогична запоминающим элементам обычных СППЗУ. При увеличении стокового напряжения вместе с ним растет и ток стока до тех пор, пока у стокового перевода не начнется лавинный пробой. В этом режиме горячие электроны туннелируют в плавающий затвор, заряжая его и тем самым снижая проводимость канала транзистора. По мере увеличения заряда, захватываемого плавающим затвором, продолжается падение тока и значительное повышение порогового напряжения транзистора VT, вызывающее в итоге его запирание. После этого единственный способ удаления заряда с плавающего затвора и восстановления нормальной проводимости транзистора — это облучение кристалла памяти интенсивным потоком ультрафиолетового света.

Чтобы продемонстрировать жизнеспособность новой структуры матрицы памяти без контактных окон, компания TI изготовила экспериментальное СППЗУ емкостью 64К с полной адресацией (рис.2). Этот демонстрационный кристалл выполнялся как с типовыми для ЛИПЗМОП-приборов технологическими параметрами, так и с различными вариациями длины и ширины каналов и плотности расположения контактов на разрядных линиях. Такая структура с непрерывными скрытыми разрядными линиями n+-типа, как и матрица памяти с Х-образными запоминающими элементами, на основе которой строятся стандартные кристаллы СППЗУ компании TI, требует предусмотреть возможность адресации как истоков, так и стоков запоминающих элементов. Она позволяет гибко выбирать величину напряжения смещения для матрицы памяти, расширяя технологические допуски, особенно при уменьшении длин каналов ЛИПЗМОП-транзисторов.

На примере этого экспериментального кристалла СППЗУ емкостью 64К компания TI продемонстрировала жизнеспособность своей новой концепции матрицы памяти
Рис.2. На примере этого экспериментального кристалла СППЗУ емкостью 64К компания TI продемонстрировала жизнеспособность своей новой концепции матрицы памяти СППЗУ без контактных окон. Время выборки по адресу столбца для данного кристалла памяти составляет 60—70 нс.

По новой технологии изготовлены приборы памяти с полными функциональными возможностями. Типовая нагрузочная способность запоминающего элемента, т.е. величина считываемого из элемента тока, составила 100 мкА, что позволило получить время выборки по адресу столбца 60—70 нс. Добавляя еще 60—70 нс для оценки полного времени выборки по адресу, становится ясно, что быстродействие приборов, изготавливаемых по новой технологии, вполне сравнимо с быстродействием СППЗУ обычной конструкции. Следовательно, новая технология СППЗУ без контактных окон позволяет получать приборы памяти, как минимум, не уступающие по быстродействию обычным СППЗУ.

Однако остается важный вопрос: какова надежность этих приборов памяти без контактных окон? В частности, насколько надежно они сохраняют записанную в них информацию? Для получения ответа на эти и другие вопросы была выполнена обширная программа испытаний ЗУ.

Главные аспекты надежности приборов памяти с плавающими затворами — величина потерь заряда на плавающих затворах при ускоренных тепловых и электрических испытаниях и влияние таких потерь заряда на рабочие характеристики кристаллов. Все эти характеристики были исследованы как на дискретных плавающих затворах, так и на полностью работоспособных ЗУ емкостью 64К. Специалисты компании TI исследовали также влияние повышенных электрических напряжений на межуровневые диэлектрические слои — напряжений, вызываемых высокими внешними напряжениями, поступающими на словарные линии при программировании ЗУ. График зависимости порогового напряжения от напряжения на словарной линии (рис.3) свидетельствует о том, что составной межуровневый диэлектрик со структурой окисел—нитрид—окисел, используемый в новой структуре без контактных окон, имеет высокую устойчивость к воздействию повышенных напряжений на словарных линиях при программирующих напряжениях до 25 В.

В новом ЛИПЗМОП-элементе памяти на базе скрытых n+-линий пороговое напряжение межуровневого диэлектрика выдерживает (без изменений) воздействие повыше
Рис.3. В новом ЛИПЗМОП-элементе памяти на базе скрытых n+-линий пороговое напряжение межуровневого диэлектрика выдерживает (без изменений) воздействие повышенных напряжений величиной до 25 В на словарных линиях.

Компания TI также измерила потери заряда при ускоренных тепловых испытаниях экспериментальных ЗУ емкостью 64К. Результаты показали, что ЗУ полностью сохраняют информацию при воздействии температуры 200°С в течение 3000 ч (рис.4). Испытания на надежность полностью подтвердили жизнеспособность новой технологии СППЗУ с матрицами памяти без контактных окон.

Экспериментальные СППЗУ с матрицами без контактных окон отлично выдерживают ускоренные тепловые испытания при 200°С в течение 3000 ч без потери храним
Рис.4. Экспериментальные СППЗУ с матрицами без контактных окон отлично выдерживают ускоренные тепловые испытания при 200°С в течение 3000 ч без потери хранимой информации.

Дочерние статьи:

Трудности практической реализации СППЗУ без контактных окон

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.24 (757), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.34

Electronics Vol.59 No.36 November 27, 1986 A McGraw-Hill Publication

Contactless arrays for EPROMs arrive just in time, No.36, pp.70—72.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Запоминающие устройства





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19870909Elc017.shtml