Architectures innovantes de mémoire non-volatile embarquée sur film mince de silicium

par Germain Bossu

Thèse de doctorat en Micro et nano-électronique

Sous la direction de Pascal Masson.


  • Résumé

    Les plateformes CMOS s’orientent vers l’utilisation de film mince de silicium pour faire face aux effets parasites qui limitent la miniaturisation du transistor sur substrat massif. Cette configuration technologique ouvre la porte à de nouvelles architectures de dispositifs mémoire non-volatile. L’étude réalisée au cours de cette thèse porte sur l’adaptation des technologies film mince pour obtenir des mémoires non-volatile embarquées denses fonctionnant à la tension nominale du circuit pour une co-intégration aisée sur les plateformes technologiques CMOS Bulk et film mince. La construction de la cellule SQeRAM, tout d’abord proposée, repose sur la séquence de procédés de fabrication de la technologie Silicon-On-Nothing (SON) additionnées au core process CMOS bulk. Le point mémoire obtenu présente un stockage de charge sur l¿interface opposée au canal de conduction. Cette mémoire est quasi-non-volatile, du fait de l’empilement ONO (Oxyde Nitrure Oxyde) mince requis pour un fonctionnement à seulement 3 V d’alimentation. Un modèle semi-analytique de transistor film mince à double grille indépendante (IDG) est explicité. En associant ce modèle IDG à celui d’un transistor Bulk, les phénomènes physiques en jeu dans la SQeRAM sont détaillés. Cette modélisation permet aussi l’optimisation technologique en vue des applications double-bit. Les limites à la miniaturisation de la SQeRAM, en particulier la maîtrise de la technologie, m’ont conduit à envisager un point mémoire non-volatile construit sur le seul transistor IDG. Le concept, la réalisation et les spécificités de cette architecture sont présentés. L’étude modèle associée permet une discussion sur les mécanismes physiques en jeu et analyse les principales caractéristiques électriques du dispositif suivant la densité de charge piégée. Enfin ce manuscrit de thèse préfigure une nouvelle forme de mémoire universelle hybride combinant le stockage non-volatile et l’utilisation du substrat flottant pour les applications 1T-DRAM sur des structures sur film mince de silicium.

  • Titre traduit

    Innovative embedded non-volatile memory architectures using silicon thin film


  • Résumé

    CMOS platforms are heading silicon thin film to face parasitic effects blocking bulk transistor scaling. This technological option is opening the way of new non-volatile memory device architectures. This PhD study deals with thin film technology tuning to turn into dense embedded non-volatile memory working with standard circuit power supply for an easy co-integration on bulk and thin film CMOS platforms. The first proposed SQeRAM cell is based on Silicon-On-Nothing technology process flow added to bulk CMOS core process. The resulting memory point presents charges stored at the opposite interface of inversion layer. This memory device is quasi-non-volatile due to a thin ONO stack allowing 3V only power supply. A semi-analytical model is developed to describe Independent Double Gate transistor considering electrons, holes and doping level. By the association of this approach with a charge-sheet Bulk transistor model, SQeRAM physical phenomena are detailed. In addition technological optimization is discussed to allow double-bit applications. SQeRAM scaling limitations, particularly technological process control, leads me to imagine another new non-volatile memory point built on a pure thin film IDG transistor. Concept, realization and specificities are described. The associated model developed drives physical mechanisms analysis of the main electrical characteristics versus trapped charge density. At last my PhD thesis brings up the guidelines of a new hybrid memory based on silicon thin film device combining non-volatile storage and floating body properties of the 1T-DRAM.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XX-197 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.187-188, 191-197

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. St Charles). Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de sciences lettres et sciences humaines.
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