Intégration 3D de dispositifs mémoires résistives complémentaires dans le back end of line du CMOS

3D integration of complementary resistive switching devices in CMOS back end of line

• Auteur / Autrice : Marina Labalette
• Direction : Dominique Drouin, Abdelkader Souifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, électrotechnique et automatique
• Date : Soutenance le 09/05/2018
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône) - Institut des Nanotechnologies de Lyon / INL
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Portal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Drouin, Abdelkader Souifi, Jean-Michel Portal, Andreas Ruediger, Barbara De Salvo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Michel Portal, Andreas Ruediger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs mémoires d'ordinateur

Mots clés libres

Electronique

Microélectronique

Mémoires en microélectronique

Filière CMOS

Mémoires résistives OxRRAM

Mémoires resistives complémentaires - CRS

Intégration monolithique BEOL - back end of line

Caractérisation électrique en mode quasi statique - QS

Caractérisation électrique en mode pulsé

Architecture de mémoire haute densité

Configuration 1T1R

Procédé nanodamascène

Electronics

Microelectronics

Memory on Silicon

Oxide based resistive memories OxRRAM

Complementary resistive switching devices - CRS

Cmos beol

3D monolithic integration

DC and pulsed electrical characterization

High density integration

1T1R configuration

Résumé

La gestion, la manipulation et le stockage de données sont aujourd’hui de réels challenges. Pour supporter cette réalité, le besoin de technologies mémoires plus efficaces, moins énergivores, moins coûteuses à fabriquer et plus denses que les technologies actuelles s’intensifie. Parmi les technologies mémoires émergentes se trouve la technologie mémoire résistive, dans laquelle l’information est stockée sous forme de résistance électrique au sein d’une couche d’oxyde entre deux électrodes conductrices. Le plus gros frein à l’émergence de tels dispositifs mémoires résistives en matrices passives à deux terminaux est l’existence d’importants courants de fuites (ou sneak paths) venant perturber l’adressage individuel de chaque point de la matrice. Les dispositifs complementary resistive switching (CRS), consistant en deux dispositifs OxRRAM agencés dos à dos, constituent une solution performante à ces courants de fuites et sont facilement intégrables dans le back-end-of-line (BEOL) de la technologie CMOS. Cette thèse a permis d’apporter la preuve de concept de la fabrication et de l’intégration de dispositifs CRS de façon 3D monolithique dans le BEOL du CMOS.

In our digital era, management, manipulation and data storage are real challenges. To support this reality the need for more efficient, less energy and money consuming memory technologies is drastically increasing. Among those emerging memory technologies we find the oxide resistive memory technology (OxRRAM), where the information is stored as the electrical resistance of a switching oxide in sandwich between two metallic electrodes. Resistive memories are really interested if used inside passive memory matrix. However the main drawback of this architecture remains related to sneak path currents occurring when addressing any point in the passive matrix. To face this problem complementary resistive switching devices (CRS), consisting in two OxRRAM back to back, have been proposed as efficient and costless BEOL CMOS compatible solution. This thesis brought the proof of concept of fabrication and 3D monolithic integration of CRS devices in CMOS BEOL.