Développement de nouvelles architectures de sélecteurs pour mémoires non-volatiles embarquées dans des plateformes technologiques avancées 28nm

Development of new non-volatile memory selectors architectures embedded in 28nm advanced technology platforms

• Auteur / Autrice : Jean-Jacques Fagot
• Direction : Damien Deleruyelle, Pascal Masson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance le 03/12/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon) - Société STMicroelectronics Rousset SAS
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Portal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maryline Bawedin, Philippe Boivin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkader Souifi, Gérard Ghibaudo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mémoires flash

MOS (électronique)

Ordinateurs -- Mémoires magnétiques

Ordinateurs -- Mémoires à semiconducteurs

Mémoires non-volatiles à accès sélectif

Nanoélectronique

Mots clés libres

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Résumé

Avec la miniaturisation des composants et des technologies toujours plus agressives en termes de dimensions, les mémoires flash font face à des problèmes d’intégration de plus en plus complexes, engendrant des coûts élevés, notamment en 28nm FD-SOI et au-delà. Le marché des mémoires intégrées non-volatiles s’oriente donc vers des solutions novatrices en plein développement, plus attractives en termes de coûts et offrant une grande marge d’évolution. On retrouve notamment les mémoires ma-gnétiques (MRAM), résistives (RRAM) ou encore à changement de phase (PCM). Cependant, la compétitivité de ces mémoires étant directement liée à leur taille et leur coût, l’un des défis majeurs est l’intégration d’un sélecteur à la fois compact, per-formant et peu coûteux. L’entreprise STMicroelectronics, partenaire de cette thèse, a choisi de s’orienter vers les mémoires de type PCM. Les sélecteurs sont des com-posants critiques dans le fonctionnement de ce type de mémoires. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse s’articulent autour de trois types de sélecteurs pour mé-moires PCM : le transistor MOS, la diode, et le transistor bipolaire. Chacun de ces sélecteurs possède ses avantages et ses inconvénients. Le fonctionnement et l’intégration en technologie 28nm FD-SOI de ces sélecteurs est étudié, développé, puis caractérisé, et enfin des axes d’améliorations potentiels sont proposés dans chaque partie

With the miniaturization of components and technologies ever more aggressive in terms of dimensions, flash memory face increasingly complex integration problems, generating high costs, especially in 28nm FD-SOI and beyond. The non-volatile integrated memory market is therefore moving towards innovative solutions in full development, more attractive in terms of costs and offering a large margin of evolution. We find, in particular, magnetic (MRAM), resistive (RRAM) and phase change (PCM) memories. However, the competitiveness of these memories being directly related to their size and cost, one of the major challenges is the integration of a selector at the same time compact, performing and inexpensive. The company STMicroelectronics, partner of this thesis, chose to move towards PCM type memories. The selectors are critical components in the operation of this type of memory. In this context, the work of this thesis revolves around three types of selectors for PCM memories: the MOS transistor, the diode, and the bipolar transistor. Each of these selectors has its advantages and disadvantages. The operation and integration in 28nm FD-SOI technology of these selectors is studied, developed, then characterized, and finally, potential improvement axes are proposed in each part