铁电存储器单元与阵列的设计方法研究

【摘要】：铁电存储器(FRAM)是将铁电材料应用于集成电路中制成的新型非挥发性存储器。由于材料的特点,它同时具有高速度、高密度、高可靠性、低功耗和良好的抗辐照特性等优势,既可以作为独立式存储器应用于仪器仪表上,也可以作为嵌入式存储器应用于智能卡上,可广泛应用于身份证、航空、交通、邮电、金融、办公系统等领域,具有广阔的市场前景,因此被产业界和学术界公认为是最有潜力的新一代非挥发性存储器之一。 本论文为了解决FRAM设计及实现方法的若干关键问题,为高性能FRAM的设计实现提供基础,主要研究了铁电存储器单元和阵列结构的设计方法,并且在现有工艺条件下,对存储单元进行了流水及部分工艺测试。 首先,应用铁电电容数值模型,使用H-SPICE电路仿真工具,对存储单元结构进行了模拟分析,确定了存储单元电容、位线电容以及虚单元的优化设计尺寸;并且,在对存储单元结构仿真的基础上,提出了一种新型链状存储单元结构,在保持传统链状结构高密度的优点的基础上,实现了低功耗、高可靠性和低电压操作; 然后,根据实际工艺条件,制定了工艺流水的光刻掩模版层次和版图设计规则,在此基础上,完成了上述存储单元电路结构的版图设计,并对流水结果进行了测试和分析,总结、讨论了存在的问题; 最后,研究了规模为4 kb的铁电存储模块的设计方法,确定了外围电路基本电路结构、存储单元电路结构、读写时序、存储阵列结构及其电路参数的设计过程等,并对其进行了模拟优化。