Transmission electron microscopy contribution to the examination of non volatile emergent memories
Apport de la microscopie électronique en transmission à l'étude des mémoires non volatiles de nouvelle génération
Résumé
Microelectronic recent developments impose ton increase the speed and integration density of embedded memories. However, getting reliable products first require developing production process, understanding reliability issues, and managing physical analysis of defects. Thus, the work done during this thesis concerns the failure analysis and physical characterisation of non volatile memories by transmission electron microscopy (TEM). Four research subjects have been studied. The first one applied to microstructure degradation of advanced EEPROM cell, produced at STMicroelectronics, after electrical and thermal solicitations. Then, a new charge based storage quasi non volatile architecture called SQeRAM, actually under investigation at STMicroelctronics, was characterised by TEM, in order to get the microstructure of charge storage areas and understand the physical origin of poor retention performances of these devices. Thirdly, a collaboration with the start up Crocus Technology gave us the opportunity to participate to the process development of a new generation of thermally assisted writing magnetoresistive memory (TA-MRAM). Here, different complex magnetic stacks constituting the memorisation element of these devices have been characterised. Finally, the last addressed research axe concerned a new generation of non volatile macromolecular resistance switching memory based on the organo-metallic complex CuTCNQ. In this case, CuTCNQ microstructure and growth in small via interconnections was studied, for different synthesis methods developed by IMEC and Aachen Technical University
Les progrès de la microélectronique imposent de faire évoluer les mémoires vers des dispositifs rapide et à haute densité d'intégration. Cependant, l'obtention de produits fiables passe en premier lieu par le développement des procédés de fabrication, la compréhension des problèmes de fiabilité et l'analyse physique de défaillances. Les travaux réalises durant cette thèse portent ainsi sur l'analyse de défauts et la caractérisation physique de cellules mémoires par microscopie électronique en transmission. Quatre thèmes de recherche ont été abordés. Le premier porte sur l'étude des dégradations microstructurales de cellules EEPROM produites par la société STMicroelectronics après sollicitations électriques et thermiques. Ensuite, l'architecture innovante SQeRAM, développée par STMicroelectronics, a été caractérisée, le but étant d'appréhender la microstructure des zones de stockage de charges, et de comprendre l'origine physique des performances en rétention de ces dispositifs. Une collaboration avec Crocus Technology nous a permis ensuite de participer au développement des procédés de fabrication d'une nouvelle génération de mémoires magnétorésistives (TA-MRAM). Ici, la microstructure de différents empilements magnétiques constituant les éléments de mémorisation de ces dispositifs a été caractérisée. Enfin, le dernier axe de recherche abordé concerne une nouvelle génération de mémoires macromoléculaires non volatiles à commutation de résistance basée sur le complexe organométallique CuTCNQ et sa croissance dans des structures d'interconnexion a été étudiée selon divers procédés développés à l'IMEC et à l'Université technique d'Aachen
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