数码科技

ReRAM即将进入3D时代?

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莫斯科物理技术学院(MIPT)宣称成功为ReRAM开发出新的工艺,可望为其实现适于3D堆栈的薄膜技术…

可变电阻式随机存取内存(ReRAM)是一种可望取代其他各种储存类型的“通用”内存,不仅提供了随机存取内存(RAM)的速度,又兼具闪存(flash)的密度与非挥发性。然而,目前,flash由于抢先进入3D时代而较ReRAM更胜一筹。

如今,莫斯科物理技术学院(Moscow Institute of Physics and Technology;MIPT)的研究人员已成功为ReRAM开发出新的工艺,可望为其实现适于3D堆栈的薄膜技术。

ReRAM的研发一般采用忆阻器进行,其中,在介电层中迁移的氧空缺(oxygen vacancy),将电介质的电阻改变为‘1’与‘0’。除了MIPT,还有来自4DS Memory Ltd.、Crossbar Inc.、HP Inc.、Knowm Inc.以及美国德州莱斯大学(Rice University)的研究人员们也为ReRAM创造了原型。

针对3D ReRAM,MIPT科学家Konstantin Egorov表示,“我们不仅需要在介电层中形成氧空缺,还必须为其进行检测”。为此,MIPT的研究人员们采用的方法是,在出现氧空缺的介电层中,观察其能隙中的电子状态。

Egorov说:“为了研究在氧化钽薄膜生长过程中形成的氧空缺,我们使用了一种整合生长PEALD[电浆辅助原子层沉积]和分析XPS(X射线光电子能谱仪)腔室(以真空管相互连接)的实验丛集。该丛集让我们能生长和研究沉积层,而不至于破坏真空状态。”

他强调,“这一点非常重要,因为一旦从真空中取出实验样本,介电质的纳米层就会在其表面上氧化,导致氧空缺的消失。” 

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用于生长和研究薄膜的实验丛集,可在真空状态下实现3D堆栈 (来源:MIPT)

任何半导体研究实验室都可以建构这种独特的原子层沉积(ALD)丛集,其方式是连接PEALD和XPS腔室,然后再添加自动操纵器,在腔室之间传输晶圆。除了样本测试晶圆以外,在大量生产时并不需要这种丛集。然而,必须建立一条的的组装线,以补偿ALD薄膜缓慢的生长速度。

如果这些研究取得成功,MIPT声称所产生的ReRAM就可以垂直堆栈,成就一种可克服3D flash限制的通用内存;目前,3D flash仅限于64层。 

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与沉积氧空缺氧化钽薄膜有关的化学反应阶段(左),以及透过X射线光电子能谱仪进行分析的结果(右)。 (来源:MIPT)

虽然ALD的生长缓慢,但它能实现3D结构的共形涂层,取代MIPT和其他研究实验室迄今所使用的纳米薄膜沉积技术。其关键的区别在于ALD依次将基底暴露于前体材料和反应物材料,并且取决于二者之间的化学反应以产生主动层。MIPT的技术还使用连接至金属前体的化学分子配体,以便加速化学反应,但在用于组件的主动层之前必须先移除这种配体。

MIPT首席研究员Andrey Markeev说:“沉积缺氧薄膜需要找到正确的反应物,才能移除金属前体中所含的配体,并且控制涂层的氧含量。因此,在经过多次实验后,我们成功地使用含氧的钽前体,以及电浆激发的氢反应物。” 

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MIPT研究人员Dmitry Kuzmichev、Konstantin Egorov、Andrey Markeev和Yury Lebedinskiy,及其背后的原子层沉积机器。(来源:MIPT)

接下来,研究人员打算为这一流程进行优化,并提高ALD的速度,从而为3D ReRAM实现大量生产。

MIPT的研究资金是由俄罗斯科学基金会(RSF)和MIPT共同提供。这项研究细节已发表于《ACS应用材料和界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)期刊的“以电浆辅助原子层沉积控制TaOx薄膜的氧空缺,实现可变电阻式切换的内存应用”(In Situ Control of Oxygen Vacancies in TaOx Thin Films via Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition for Resistive Switching Memory Applications)一文中。

原作者:R. Colin Johnson

编译:Susan Hong

via:eetimes

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