Modélisation et caractérisation de la variablité et de la fiabilité des cellules mémoires OxRAM

par Nazim Ait Abdelkader

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Quentin Rafhay.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal , en partenariat avec Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation (laboratoire) depuis le 01-05-2020 .


  • Résumé

    Malgré l'hégémonie actuelle de la technologie Flash pour le stockage de données, de nouvelles architectures de composants mémoires sont récemment entrées en production. Ainsi, ST Microelectronics commercialise actuellement un microcontrôleur à base de mémoires à changement de phase (PCM), tandis qu'Intel et Samsung produisent actuellement des composants à base de mémoires magnétiques (SST-MRAM). Dans ce contexte de diversification des architectures, les cellules mémoires OxRAM, basées sur le claquage réversible d'une couche de HfO2, font l'objet de nombreuses recherches qui ont d'ores et déjà démontré l'excellentes performances de ces mémoires en termes de rétention, d'endurance, de fenêtre de programmation, de réduction des dimensions, de facilité de fabrication, de compatibilité avec le back-end et de temps de programmation. Ces temps d'écritures et d'effacements pouvant être inférieurs à la nanoseconde, les mémoires non volatiles OxRAM pourraient de plus concurrencer certaines applications en tant que mémoires vives. Cependant, un frein majeur bloque leurs développements industriels : il s'agit de leur variabilité. En effet, les caractéristiques de ces composants sont non seulement très variables entre composants, mais également entre chaque cycle de programmation. Par ailleurs, les mécanismes gouvernants leur fiabilité ne sont pas compris, et de récents résultats obtenus par le CEA-LETI et l'IMEP-LAHC tendent à démontrer une proximité entre la nature statistique de leurs caractéristiques et de leurs durées de vie.

  • Titre traduit

    Modeling and characterization of the variability and reliability of OxRAM memory cells


  • Résumé

    Despite the current hegemony of Flash technology for data storage, new memory component architectures have recently entered production. For example, ST Microelectronics is currently marketing a phase change memory (PCM) microcontroller, while Intel and Samsung are currently producing magnetic-memory-based components (SST-MRAM). In this context of diversification of architectures, the OxRAM memory cells, based on the reversible breakdown of a HfO2 layer, are the subject of numerous researches which have already demonstrated the excellent performances of these memories in terms of retention, endurance, programming window, size reduction, ease of manufacture, back-end compatibility and programming time. Since these write and erase times can be less than a nanosecond, OxRAM non-volatile memories could also compete with certain applications as RAMs. However, a major brake blocks their industrial development: it is about their variability. Indeed, the characteristics of these components are not only very variable between components, but also between each programming cycle. Moreover, the mechanisms governing their reliability are not understood, and recent results obtained by CEA-LETI and IMEP-LAHC tend to demonstrate a proximity between the statistical nature of their characteristics and their lifetimes.