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 d’intégration sans précédents, se caractérisant par une augmentation significative des coûts d’intégration, pour les nœuds technologiques FD-SOI 28nm et en deçà. Ces difficultés stimulent l’essor 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 d’intégration. Cependant, un élément de sélection (ou sélecteur) doit impérativement être co-intégré aux matrices crossbar afin de s’affranchir de tout problème d’adressage 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 s’articule autour de trois types de dispositif : le transistor MOS, la diode et le transistor bipolaire. Pour chaque type de sélecteur, un travail d’optimisation portant sur la géométrie, le profil de dopage ou le schéma d’intégration 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 d’intégration en technologie 28nm FD-SOI. Un comparatif des principaux mérites ou faiblesses des différents types de sélecteur clôture cette étude ainsi que différents axes d’améliorations 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.