Abstract

Semiconductor industry calls for emerging memory, demonstrating high speed (like SRAM or DRAM), nonvolatility (like Flash NAND), high endurance and density, good scalability, reduced energy consumption and reasonable cost. Ferroelectric memory FRAM has been considered as one of the emerging memory technologies for over 20 years. FRAM uses polarization switching that provides low power consumption, nonvolatility, high speed and endurance, robust data retention, and resistance to data corruption via electric, magnetic fields and radiation. Despite the advantages, market share held by FRAM manufacturers is insignificant due to scaling challenges. State-of-the-art FRAM manufacturing is studied in this paper. Ferroelectric capacitors and memory cells made by main commercial FRAM manufactures (Texas Instruments, Cypress Semiconductor, Fujitsu и Lapis Semiconductor) are explored. All memory cells are based on the lead zirconate titanate PZT capacitor with the thickness of about 70 nm and IrOx/Ir or Pt electrodes. The leading FRAM technology remains the 130 nm node CMOS process developed at Texas Instruments fabs. New approaches to further scaling and new devices based on ferroelectrics are reviewed, including binary ferroelectrics deposited by ALD techniques, piezoelectronic transistors, ferroelectric/2D-semiconductor transistor structures, and others. Whether FRAM technology will be able to resolve one of the main contradictions between a high-speed processor and a relatively slow nonvolatile memory depends on the success of the new technologies integration.

Highlights

  • Полупроводниковая индустрия остро нуждается в новых видах запоминающих устройств, сочетающих скоростные характеристики оперативной памяти с энергонезависимостью Flash памяти

  • Semiconductor industry calls for emerging memory, demonstrating high speed, nonvolatility, high endurance and density, good scalability, reduced energy consumption and reasonable cost

  • Ferroelectric capacitors and memory cells made by main commercial FRAM manufactures (Texas Instruments, Cypress Semiconductor, Fujitsu и Lapis Semiconductor) are explored

Read more

Summary

Материалы и конструкции

Сегнетоэлектриками называют класс кристаллических диэлектриков, в которых возникает спонтанная поляризация, существующая независимо от наличия внешнего электрического поля и меняющая свое направление при изменении направления внешнего поля [16]. Именно этот факт существования устойчивого состояния спонтанной поляризации и ее переключения внешним электрическим полем используется для записи и хранения информации. Идея использования сегнетоэлектриков для записи информации появилась еще в 50-е годы прошлого столетия, когда делались попытки использования объёмных кристаллов [17], а в 70-е годы был предложен элемент памяти на основе сегнетоэлектрического транзистора [18]. Классическими примерами таких материалов являются твердые растворы цирконата-титаната свинца (PZT – PbZr1–xTixO3) и титаната бария-стронция (BST – BaSr1–xTixO3). PZT оказался наиболее востребованным для FRAM применений в силу относительно низкой температуры кристаллизации перовскитной фазы (400–700 °C) и высокой величины остаточной поляризации (20–50 мкКл/см2), при этом наибольшее распространение получили твердые растворы вблизи морфотропной области с примерно равным соотношением циркония и титана [21]. Более важным представляется примесное загрязнение технологического оборудования, которое приводит к необходимости создания специализированных участков при изготовлении сегнетоэлектрического конденсатора (FRAM модуля), что увеличивает стоимость производства и сроки проведения ис-

Ячейка памяти
Основные производители
Интеграция в полупроводниковые технологии
Анализ современного производства FRAM
Full Text
Paper version not known

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call

Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.