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ReRAM即將跨入3D時代?

作者: 時間:2017-07-05 來源:eettaiwan 收藏

  莫斯科物理技術學院(MIPT)宣稱成功為開發(fā)出新的制程,可望為其實現(xiàn)適于3D堆疊的薄膜技術…

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201707/361374.htm

  可變電阻式隨機存取()是一種可望取代其他各種儲存類型的“通用”,不僅提供了隨機存取(RAM)的速度,又兼具快閃存儲器(flash)的密度與非揮發(fā)性。然而目前,flash由于搶先進入3D時代而較更勝一籌。

  如今,莫斯科物理技術學院(Moscow Institute of Physics and Technology;MIPT)的研究人員已成功為ReRAM開發(fā)出新的制程,可望為其實現(xiàn)適于3D堆疊的薄膜技術。

  ReRAM的研發(fā)一般采用憶阻器進行,其中,在介電層中遷移的氧空缺(oxygen vacancy),將電介質(zhì)的電阻改變?yōu)椤?’與‘0’。除了MIPT,還有來自4DS Memory Ltd.、Crossbar Inc.、HP Inc.、Knowm Inc.以及美國德州萊斯大學(Rice University)的研究人員們也為ReRAM創(chuàng)造了原型。

  針對3D ReRAM,MIPT科學家Konstantin Egorov表示,“我們不僅需要在介電層中形成氧空缺,還必須為其進行檢測”。為此,MIPT的研究人員們采用的方法是,在出現(xiàn)氧空缺的介電層中,觀察其能隙中的電子狀態(tài)

  Egorov說:“為了研究在氧化鉭薄膜生長過程中形成的氧空缺,我們使用了一種整合生長PEALD[電漿輔助原子層沉積]和分析XPS(X射線光電子能譜儀)腔室(以真空管相互連接)的實驗叢集。該叢集讓我們能生長和研究沉積層,而不至于破壞真空狀態(tài)?!?/p>

  他強調(diào),“這一點非常重要,因為一旦從真空中取出實驗樣本,介電質(zhì)的納米層就會在其表面上氧化,導致氧空缺的消失?!?/p>

  用于生長和研究薄膜的實驗叢集,可在真空狀態(tài)下實現(xiàn)3D堆疊 (來源:MIPT)

  任何半導體研究實驗室都可以建構(gòu)這種獨特的原子層沉積(ALD)叢集,其方式是連接PEALD和XPS腔室,然后再添加自動操縱器,在腔室之間傳輸晶圓。除了樣本測試晶圓以外,在大量生產(chǎn)時并不需要這種叢集。然而,必須建立一條的的組裝線,以補償ALD薄膜緩慢的生長速度。

  如果這些研究取得成功,MIPT聲稱所產(chǎn)生的ReRAM就可以垂直堆疊,成就一種可克服3D flash限制的通用存儲器;目前,3D flash僅限于64層。

    

  與沉積氧空缺氧化鉭薄膜有關的化學反應階段(左),以及透過X射線光電子能譜儀進行分析的結(jié)果(右)。 (來源:MIPT)

  雖然ALD的生長緩慢,但它能實現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)的共形涂層,取代MIPT和其他研究實驗室迄今所使用的納米薄膜沉積技術。其關鍵的區(qū)別在于ALD依次將基底暴露于前體材料和反應物材料,并且取決于二者之間的化學反應以產(chǎn)生主動層。MIPT的技術還使用連接至金屬前體的化學分子配體,以便加速化學反應,但在用于元件的主動層之前必須先移除這種配體。

  MIPT首席研究員Andrey Markeev說:“沉積缺氧薄膜需要找到正確的反應物,才能移除金屬前體中所含的配體,并且控制涂層的氧含量。因此,在經(jīng)過多次實驗后,我們成功地使用含氧的鉭前體,以及電漿激發(fā)的氫反應物?!?/p>

  MIPT研究人員Dmitry Kuzmichev、Konstantin Egorov、Andrey Markeev和Yury Lebedinskiy,及其背后的原子層沉積機器。(來源:MIPT)

  接下來,研究人員打算為這一流程進行最佳化,并提高ALD的速度,從而為3D ReRAM實現(xiàn)大量生產(chǎn)。

  MIPT的研究資金是由俄羅斯科學基金會(RSF)和MIPT共同提供。這項研究細節(jié)已發(fā)表于《ACS應用材料和介面》(ACS Applied Materials & Interfaces)期刊的“以電漿輔助原子層沉積控制TaOx薄膜的氧空缺,實現(xiàn)可變電阻式切換的存儲器應用”(In Situ Control of Oxygen Vacancies in TaOx Thin Films via Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition for Resistive Switching Memory Applications)一文中。



關鍵詞: ReRAM 存儲器

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