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Matériaux ferroelectriques par ALD pour mémoires non volatiles embarquées

Défi technologique : Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (en savoir +)

Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire : Laboratoire

Date de début : 01-09-2022

Localisation : Grenoble

Code CEA : SL-DRT-22-0591

Contact : messaoud.bedjaoui@cea.fr

Le CEA-LETI se positionne comme leader des mémoires FeRAM ultrabasses consommations compatibles BEOL pour les applications IoT et IA. Avec une consommation électrique < 100 fJ/bit écrit ou lu (typiquement 1000x moins qu'une mémoire Flash), ce type de mémoires non volatiles est aujourd'hui la moins énergivore, offrant un potentiel très important pour adresser la frugalité numérique. Par ailleurs la rapidité des mémoires FeRAM permet d'écrire ou lire à l'échelle de 10 nanoseconde, ce qui les rend également très compétitives pour les applications nécessitant de la rapidité (calcul proche mémoire). La maitrise des couches ferroélectriques ultraminces et conformes à base d'HfO2 avec plusieurs dopants (Si, Zr, Al, permettant de stabiliser la phase orthorhombique, ferroélectrique) est fondamentale pour l'optimisation des performances recherchées. L'objectif de ces travaux de thèse est de développer des couches ferroélectriques ultraminces par ALD (Atomic Layer Deposition) pour les capacités MFM (Metal Ferroelectric Metal) des mémoires non volatiles intégrées au n?ud 22nm. Ce sujet se propose de couvrir à la fois les développements et la mise en ?uvre des matériaux innovants ferroélectriques par ALD, l'intégration et la réalisation de composants FeRAM ainsi que les protocoles de test/fiabilité. L'une des taches sera d'évaluer l'impact des paramètres d'élaboration de l'empilement MFM (procédé ALD, nature des électrodes, post-recuits) sur les phases cristallines à l'origine de la ferroélectricité des couches ultraminces (<10nm) à base d'HfO2. Cela nécessitera la mise en place d'une méthodologie de caractérisation morphologique/électriques des couches et des empilements MFM construits. L'autre axe de ce travail sera l'intégration et la validation des capacités MFM compatibles BEOL (température post recuit <450°C) sur véhicules de test 16kbit FeRAM en 200mm et 300mm (fonctionnalité électrique <1.5V; endurance >10e14 cycles et taux d'erreur <1ppm).

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