ST换相存储器开发获进展,有望最终取代闪存

意法半导体(ST)日前宣布,该公司在开发新型的最终可能会取代闪存的电子存储器中取得重大进步。这种新的技术叫做换相存储器(PCM),其潜在性能优于闪存,优点包括更快的读写速度、更高的耐用性,以及向单个存储地址写入的能力。最重要的是,这项技术的内在灵活性高于目前正在应用中的其它任何非易失性存储器技术。

ST此前在美国檀香山举行的半导体行业最重要的年度论坛“2004年VLSI技术暨电路研讨会”上,发表了两篇技术论文,文中详细论述了其在开发商用PCM技术中所取得的进展。在其中一篇技术论文中,ST首次展示了一个可以降低单元电流的微沟道单元结构,该结构能够轻松集成到一个CMOS基本工艺中,并详细介绍了这项技术的可制造性和成本。在另一篇论文中,ST论述了把一个纵向双极选择单元集成到一个为评估具有成本效益的大容量非易失性存储器的可行性而设计的8兆位演示产品的过程。

新的存储器技术利用这样一个事实,即被叫做硫系化合物的材料,在本案中是叫做GST的锗锑碲合金, 通过适当加热,可以在两个稳态之间进行可逆转换,其中一种状态是高电阻的非晶形状态,另一种是电阻很低的晶形状态。一个采用这项技术存储单元主要是由GST组成的一个可变电阻和一个加热器,以及一个用于读写操作的选择晶体管。

采用这项技术的一个创新成果是,通过使一个薄型纵向半金属加热器与一个沉积了GST的沟道(微沟道)形成交叉形状,以定义GST与加热器之间的接触面 ,从而简化了纵向集成方式,同时降低了编程电流。选择晶体管是一个直接安装在加热器下面的pnp双极晶体管。结果形成一个可以兼容采用相技术的最好的NOR闪存单元的单元面积(采用180nm CMOS工艺的0.32平方微米),同时还提供以下优点如单一位粒度、较快写入、极高耐用性和更高的可伸缩性。

可伸缩性尤为重要,因为半导体制造商预测到在开发45纳米以下节点的闪存中,会因为物理限制因素而遇到相当大的开发困难,这些限制因素包括小于8-9纳米的隧道氧化物厚度出现的无法接受的大量漏电。相比之下,PCM存储单元的可伸缩性就没有这些限制,其面对的主要挑战是降低工作电流。PCM的可伸缩性使之成为几年之后必须出现的后闪存时代的主要的候选技术。

虽然演示产品是基于一个PCM单元和一个双极选择晶体管,但是PCM体系结构仍然完全兼容使用一个场效应MOS管选择单元,在这种情况下,单元面积将会扩大约4倍,但是需要的掩模却非常少。因此,场效应MOS管选择单元在嵌入式非易失性存储器应用中将具有一定的优势。

基于现在取得的结果,ST预计PCM技术将会被用于中密度的独立和嵌入式存储器应用。此外,通过演示PCM最具有吸引力的可行性功能,ST增强了对这项技术的长期可伸缩性的信心,其可伸缩性必将使PCM最终成为一个主流的非易失性存储器技术。