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闪速存储器的研究与进展

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:456

摘要80年代中期以来,eprom的容量每两年翻一番。通用e2prom与eprom相比,具有价格低、擦除简单等优点,但由于每个存储单元有两只晶体管,开发大容量e2prom是非常困难的。用2um工艺制作的两管e2prom的最大容量为64kb。masupka等人利用只有1只晶体管的e2prom单元和新的擦除/编程电路技术及高速灵敏度放大器,于1987年报道了第一块256kb闪速e2prom(即闪速存储器)。之所以称为闪速,是因为它能同时、快速地擦除所有单元。表1比较了第一块闪速存储器与eprom、一次编程prom、e2prom的性能。
内容1 引 言
  80年代中期以来,eprom的容量每两年翻一番。通用e2prom与eprom相比,具有价格低、擦除简单等优点,但由于每个存储单元有两只晶体管,开发大容量e2prom是非常困难的。用2um工艺制作的两管e2prom的最大容量为64kb。masupka等人利用只有1只晶体管的e2prom单元和新的擦除/编程电路技术及高速灵敏度放大器,于1987年报道了第一块256kb闪速e2prom(即闪速存储器)。之所以称为闪速,是因为它能同时、快速地擦除所有单元。表1比较了第一块闪速存储器与eprom、一次编程prom、e2prom的性能。

表1 闪速存储器、eprom、一次编程prom、e2prom的性能对比
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 uv-eprom一次编程prom双管e2prom闪速存储器
封装窗口陶瓷封装塑封塑封塑封
擦除时间20min不可擦除1ms100us
编程时间<1ms<1ms<1ms100us
单元面积/um2646427064
芯片面积/mm232.932.99832.9
可靠性筛选方法非筛选筛选筛选
擦除方法紫外线不能擦除电可擦除电可擦除
-------------------------------------------------------------------------

  常规的紫外线擦除eprom由于采用陶瓷封装,需要一个擦除窗口,所以价格比较高,而且擦除时需要在紫外光下照射20分钟。一次编程prom在编程后就不能再擦除。由于常规e2prom每个单元中有两只晶体管,所以单元面积很大,用2um设计规则设计的256kbe2prom的面积至少达98mm2。闪速存储器的单元面积仅为常规e2prom的1/4,所以容量可以做得很大,闪速存储器是要求存储器容量不断扩大的产物。
  1989年报道了1mb的闪速存储器,采用以eprom工艺为基础的cmos工艺,单元面积为15.2um2,存取时间为9ns,片擦除时间为900ms,编程速度为10μs/字节,芯片面积为5.74mmx6.75mm,表2给出了主要的器件参数。

表2 1mb闪速存储器的主要参数
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工 艺单 元纵向尺寸器 件
1.0um光刻面积3.8um×4umtox=25nm芯片面积:38.8um2
2层多晶隧道氧化层:10nm有效n+p=0.9um组织结构:128k×8
n阱读出电流=95uaxjn=0.3um存取时间:90ns
 擦除时间=900msxjp=0.6um功耗:8ma
编程时间=100us/字节静态功耗:4ua
封装:32pin陶瓷
-------------------------------------------------------------------------

  1994年,atsumi等人报道了用0.6um、三阱、双层多晶硅、单铝cmos工艺制作的16mb闪速存储器,存储时间为73ns,编程速度为10us/字节,单元尺寸为2.0um×1.7um,芯片面积为17.32mm×7.7mm。
  近几年,采用0.4um工艺的64~128mb闪速存储器已大量报道。采用0.25um工艺的闪速存储器也已问世,工作电压为2.5v,芯片面积为105.9mm2。本文主要论述闪速存储器的原理及技术动向。
2 闪速存储器的工作原理
2.1 单元的工作原理
  主要有两种技术来改变存储在闪速存储器单元的数据:沟道热电子注入(che)和fowler-nordheim隧道效应(fn隧道效应)。所有的闪速存储器都采用fn隧道效应来进行擦除。至于编程,有的采用che方法,有的采用fn隧道效应方法。表3给出了几家主要闪速存储器厂家的存储单元性能。

表3 典型的闪速存储器单元性能
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厂 家技 术擦除编程读延迟耐久性擦除时间电源电压/v编程和擦除电压/v工作温度/℃
amdnorfnche90ns10万次1s55-40~85
atmeleepromfnche3.3us10万次10ms2.7,52.7,5-40~85
日立andfnfn5us1万次125us3.33.30~70
intelnorfnche85ns10万次1s2.7,53.3,5,12-40~85
macronixnorfnche100ns1万次50ms550~70
nexcomeepromfnfn850ns10万次2.5ms2.7,52.7,5-40~85
三星nandfnfn10us100万次5ms3.33.3-40~85
夏普norfnche80ns10万次600ms2.7,55-40~85
东芝nandfnfn225us1万次7ms550~70
xicoreepromfnfn1us10万次10ms1.8,2.7,51.8,2.7,5-40~85
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  由于在che注入过程中,浮栅下面的氧化层面积较小,所以对浮栅下面的氧化层损害较小,因此其可靠性较高,但缺点是编程效率低,fn法用低电流进行编

摘要80年代中期以来,eprom的容量每两年翻一番。通用e2prom与eprom相比,具有价格低、擦除简单等优点,但由于每个存储单元有两只晶体管,开发大容量e2prom是非常困难的。用2um工艺制作的两管e2prom的最大容量为64kb。masupka等人利用只有1只晶体管的e2prom单元和新的擦除/编程电路技术及高速灵敏度放大器,于1987年报道了第一块256kb闪速e2prom(即闪速存储器)。之所以称为闪速,是因为它能同时、快速地擦除所有单元。表1比较了第一块闪速存储器与eprom、一次编程prom、e2prom的性能。
内容1 引 言
  80年代中期以来,eprom的容量每两年翻一番。通用e2prom与eprom相比,具有价格低、擦除简单等优点,但由于每个存储单元有两只晶体管,开发大容量e2prom是非常困难的。用2um工艺制作的两管e2prom的最大容量为64kb。masupka等人利用只有1只晶体管的e2prom单元和新的擦除/编程电路技术及高速灵敏度放大器,于1987年报道了第一块256kb闪速e2prom(即闪速存储器)。之所以称为闪速,是因为它能同时、快速地擦除所有单元。表1比较了第一块闪速存储器与eprom、一次编程prom、e2prom的性能。

表1 闪速存储器、eprom、一次编程prom、e2prom的性能对比
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 uv-eprom一次编程prom双管e2prom闪速存储器
封装窗口陶瓷封装塑封塑封塑封
擦除时间20min不可擦除1ms100us
编程时间<1ms<1ms<1ms100us
单元面积/um2646427064
芯片面积/mm232.932.99832.9
可靠性筛选方法非筛选筛选筛选
擦除方法紫外线不能擦除电可擦除电可擦除
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  常规的紫外线擦除eprom由于采用陶瓷封装,需要一个擦除窗口,所以价格比较高,而且擦除时需要在紫外光下照射20分钟。一次编程prom在编程后就不能再擦除。由于常规e2prom每个单元中有两只晶体管,所以单元面积很大,用2um设计规则设计的256kbe2prom的面积至少达98mm2。闪速存储器的单元面积仅为常规e2prom的1/4,所以容量可以做得很大,闪速存储器是要求存储器容量不断扩大的产物。
  1989年报道了1mb的闪速存储器,采用以eprom工艺为基础的cmos工艺,单元面积为15.2um2,存取时间为9ns,片擦除时间为900ms,编程速度为10μs/字节,芯片面积为5.74mmx6.75mm,表2给出了主要的器件参数。

表2 1mb闪速存储器的主要参数
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工 艺单 元纵向尺寸器 件
1.0um光刻面积3.8um×4umtox=25nm芯片面积:38.8um2
2层多晶隧道氧化层:10nm有效n+p=0.9um组织结构:128k×8
n阱读出电流=95uaxjn=0.3um存取时间:90ns
 擦除时间=900msxjp=0.6um功耗:8ma
编程时间=100us/字节静态功耗:4ua
封装:32pin陶瓷
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  1994年,atsumi等人报道了用0.6um、三阱、双层多晶硅、单铝cmos工艺制作的16mb闪速存储器,存储时间为73ns,编程速度为10us/字节,单元尺寸为2.0um×1.7um,芯片面积为17.32mm×7.7mm。
  近几年,采用0.4um工艺的64~128mb闪速存储器已大量报道。采用0.25um工艺的闪速存储器也已问世,工作电压为2.5v,芯片面积为105.9mm2。本文主要论述闪速存储器的原理及技术动向。
2 闪速存储器的工作原理
2.1 单元的工作原理
  主要有两种技术来改变存储在闪速存储器单元的数据:沟道热电子注入(che)和fowler-nordheim隧道效应(fn隧道效应)。所有的闪速存储器都采用fn隧道效应来进行擦除。至于编程,有的采用che方法,有的采用fn隧道效应方法。表3给出了几家主要闪速存储器厂家的存储单元性能。

表3 典型的闪速存储器单元性能
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厂 家技 术擦除编程读延迟耐久性擦除时间电源电压/v编程和擦除电压/v工作温度/℃
amdnorfnche90ns10万次1s55-40~85
atmeleepromfnche3.3us10万次10ms2.7,52.7,5-40~85
日立andfnfn5us1万次125us3.33.30~70
intelnorfnche85ns10万次1s2.7,53.3,5,12-40~85
macronixnorfnche100ns1万次50ms550~70
nexcomeepromfnfn850ns10万次2.5ms2.7,52.7,5-40~85
三星nandfnfn10us100万次5ms3.33.3-40~85
夏普norfnche80ns10万次600ms2.7,55-40~85
东芝nandfnfn225us1万次7ms550~70
xicoreepromfnfn1us10万次10ms1.8,2.7,51.8,2.7,5-40~85
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  由于在che注入过程中,浮栅下面的氧化层面积较小,所以对浮栅下面的氧化层损害较小,因此其可靠性较高,但缺点是编程效率低,fn法用低电流进行编

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