Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
« Sciences pour l'ingénieur » : spécialité « Micro et Nanoélectronique »
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
sélecteur,mémoires,non-volatile,28nm,
Keywords
selector,memory,nonvolatile,28nm,
Titre de thèse
Développement de nouvelles architectures de sélecteurs pour mémoires non-volatiles embarquées dans des plateformes technologiques avancées 28nm
Development of new selector architectures for embedded nonvolatile memories in 28nm advanced technological platforms
Date
Mardi 3 Décembre 2019 à 14:00
Adresse
Phelma-Minatec 3 parvis Louis Neel, 38054, Grenoble Salle de conférences
Jury
Directeur de these |
M. Damien DELERUYELLE |
INSA de Lyon |
Rapporteur |
M. Abderkader SOUIFI |
INSA de Lyon |
Rapporteur |
M. Gérard GHIBAUDO |
CNRS / IMEP-LHAC |
Examinateur |
Mme Maryline BAWEDIN |
IMEP-LHAC |
CoDirecteur de these |
M. Pascal MASSON |
Université de Nice Sophia-Antipolis |
Examinateur |
M. Jean-Michel PORTAL |
AMU / IM2NP |
Résumé de la thèse
La miniaturisation intensive des composants CMOS, en particulier de la mémoire embarquée de type Flash, se heurte actuellement à des problèmes dintégration sans précédents, se caractérisant par une augmentation significative des coûts dintégration, pour les nuds technologiques FD-SOI 28nm et en deçà.
Ces difficultés stimulent lessor de plusieurs technologies alternatives à la mémoire Flash telles que les mémoires magnétiques (Magnetic RAM ou MRAM), résistives (Resistive RAM ou RRAM) ou encore à changement de phase (Phase Change Memory ou PCM). Apportant un gain en termes de miniaturisation ou de performances, la plupart de ces mémoires peut être avantageusement agencée au sein de matrice croisées (ou matrice crossbar), limitant ainsi leur coût dintégration. Cependant, un élément de sélection (ou sélecteur) doit impérativement être co-intégré aux matrices crossbar afin de saffranchir de tout problème dadressage ou de courants de fuites parasites.
Ce travail de thèse, réalisé au sein de la société STMicroelectronics, a consisté à explorer différentes solutions de sélecteur pour les mémoires embarquées de type PCM. Il sarticule autour de trois types de dispositif : le transistor MOS, la diode et le transistor bipolaire. Pour chaque type de sélecteur, un travail doptimisation portant sur la géométrie, le profil de dopage ou le schéma dintégration a été mené afin de rendre les sélecteurs compatibles avec les besoins des mémoires PCM, en termes de courant de programmation, tout en limitant leur coût dintégration en technologie 28nm FD-SOI. Un comparatif des principaux mérites ou faiblesses des différents types de sélecteur clôture cette étude ainsi que différents axes daméliorations potentiels.
Thesis resume
The intensive miniaturization of CMOS components, in particular Flash-based embedded memory, is currently facing unprecedented integration problems, characterized by a significant increase in integration costs for the 28nm FD-SOI technology nodes and below.
These difficulties stimulate the development of several alternative technologies to Flash memory such as magnetic (Magnetic RAM or MRAM), resistive (Resistive RAM or RRAM) or phase change memories (PCM). Providing a gain in terms of miniaturization or performance, most of these memories can be advantageously arranged within cross matrix (or crossbar), thus limiting their cost of integration. However, a selection element (or selector) must imperatively be co-integrated with the crossbar matrices in order to overcome any addressing problem or spurious leakage currents.
This thesis work, carried out within the company STMicroelectronics, consisted of exploring various selector solutions for PCM type embedded memories. It is organized around three types of device: the MOS transistor, the diode and the bipolar transistor. For each type of selector, an optimization work on the geometry, the doping profile or the integration scheme was carried out in order to make the selectors compatible with the needs of the PCM memories, in terms of programming current, while limiting their integration cost in 28nm FD-SOI technology. A comparison of the main merits or weaknesses of the different types of selector closes this study as well as various axes of potential improvements.