V - Thèses

Année 2013
Université Aix-Marseille
THESE
Par
Sauveur Eddie TIRANO
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L'UNIVERSITE D'AIX-MARSEILLE I
Ecole doctorale sciences pour l'ingénieur Mécanique, Physique,
Micro- et Nano-électronique
Spécialité : Micro- et Nano-électronique
Intégration et caractérisation électrique
d’éléments de mémorisation à
commutation de résistance de type back-
end à base d'oxydes métalliques
Président : Brice GAUTIER (Université de Lyon)
Rapporteur : Etienne JANOD (Université de Nantes)
Rapporteur : Alain SYLVESTRE (Université de Grenoble)
Directeur de Thèse : Christophe MULLER (Université Aix-Marseille)
Co-Directeur : Damien DELERUYELLE (Université Aix-Marseille)
Encadrant CEA : Luca PERNIOLA (CEA-LETI)
Thèse préparée au Laboratoire de Caractérisation et Test
Electrique (CEA-Léti MINATEC) et dans l'équipe mémoire de
l'Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence
(IM2NP - CNRS UMR 7334)

ii

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iv

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TABLE DES MATIERES
Liste des acronymes .................................................................................................................................... 1
Introduction .................................................................................................................................................... 2
1. Positionnement du travail de thèse ................................................................................................ 2
2. Organisation du manuscrit ................................................................................................................. 3
Chapitre I : Introduction à la technologie mémoire OxRRAM 6
1. Positionnement des différentes technologies mémoires ............................................................ 8
2. Principe de fonctionnement des dispositifs OxRRAM ............................................................... 13
2.1. Quelques définitions....................................................................................................................... 13
2.2. Modes de programmation de l'élément mémoire .............................................................. 13
2.2.1. Opérations de base ................................................................................................................. 13
2.2.2. Commutations unipolaires et bipolaires ........................................................................ 14
2.3. Paramètres extraits des caractéristiques courant-tension ............................................. 16
2.4. Fiabilité des dispositifs OxRRAM .............................................................................................. 17
2.4.1. Test d’endurance ..................................................................................................................... 17
2.4.2. Test de rétention ..................................................................................................................... 18
2.5. Matriçage des cellules mémoires OxRRAM ........................................................................... 19
2.5.1. Cellule mémoire 1R ................................................................................................................ 20
2.5.2. Cellule mémoire 1D/1R ........................................................................................................ 22
2.5.3. Cellule mémoire 1T/1R ........................................................................................................ 23
2.5.4. Problèmes liés à une intégration croissante ................................................................ 24
3. Positionnement de ce travail de THÈSE .......................................................................................... 26
4. Références bibliographiques ............................................................................................................... 27
Chapitre II : Étude comparative des dispositifs à base d'oxyde de nickel obtenu
soit par oxydation thermique, soit par pulvérisation cathodique réactive 32
1. Objectifs de l'étude et méthodologie d’analyse ............................................................................ 33
1.1. Présentation des dispositifs mémoires .................................................................................. 34
1.1.1. Éléments mémoires sous forme de structures MIM .................................................. 34
1.1.2. Flot de procédés utilisé au LETI ........................................................................................ 35
1.1.3. Dépôt des électrodes par voie physique ........................................................................ 37
1.1.4. Gravure ionique de l’élément mémoire par un procédé IBE .................................. 37
1.1.5. Gravure ionique du via supérieur par un procédé RIE............................................. 38