Deliverables and Services - IHP Microelectronics

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Trotz der erheblichen bisherigen Forschung zu diesen
Materialien stellt die Integration alternativer nichtflüchtiger
Speicher in der Silizium-Mikroelektronik
unter BEOL-Bedingungen wegen zahlreicher Randbedingungen
eine Herausforderung dar, z.B. aufgrund
des limitierten thermischen Budgets. Andererseits erweist
sich die Integration von RRAM als vergleichsweise
einfach, kosteneffektiv und BEOL-kompatibel. Darüber
hinaus bietet RRAM die Vorteile einer hohen Retention
und einer reduzierten Leistungsaufnahme.
Denkbare Mechanismen für das resistive Schalten in
MIM-Systemen bestehen häufig aus einer Kombination
physikalischer und/oder chemischer Effekte. Jüngste
Studien haben gezeigt, dass die elektrochemische Migration
von Sauerstoff-Ionen den resistiven Schalteffekt
auslöst.
Ein elektronenmikroskopisches Querschnittsbild der
am IHP gefertigten 1×1 µm 2 grossen RRAM Zellen ist
in Abb. 28(a) zu sehen. Die Schichtdicken der unteren
TiN-Elektrode, des HfO 2 Films und der oberen Ti / TiN-
Elektrode betragen jeweils 150, 10 und 10 / 150 nm. Die
Grenzfläche zwischen Ti / TiN ist aufgrund des geringen
Kontrasts nicht erkennbar. Die TiN-Schichten sind polykristallin
mit hochgradig geordneten Körnern wie in der
Vergrößerung der Abb. 28(a) zu erkennen ist.
Despite the tremendous amount of research covering
material properties, the integration of alternative
nVM under Beol constraints in silicon microelectronics
is still a challenge due to several requirements,
e.g. the restricted thermal budget. However, with the
RRAM approach, device integration promises to be
comparatively easy, cost-effective and Beol compatible.
Furthermore, RRAM attracts a growing interest
due to its long data retention and reduced power consumption.
Conceivable mechanisms for the resistive switching in
MIM systems often consist of a combination of physical
and /or chemical effects. Recent studies have
shown that the electrochemical migration of oxygen
ions induces the resistive switching effect.
A transmission electron microscopy cross-sectional
image of the 1×1 µm 2 device can be seen in Fig.
28(a). the thicknesses of the tin bottom electrode,
the Hfo 2 film, and the ti / tin top electrode are about
150, 10, and 10 / 150 nm, respectively. the interface
between the ti / tin top electrode is not distinguishable
due to the low contrast. the tin thin films are
polycrystalline with highly ordered grains as shown in
the magnification of Fig. 28(a).
Abb. 28(a): Transmissionselektronenmikroskopisches Bild einer
1×1 µm 2 RRAM-Zelle. Der Einsatz zeigt eine
Vergrößerung.
Fig. 28(a): transmission electron microscopy cross-sectional
image of a 1×1 µm 2 cell. the inset shows the
magnification.
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