原创 工艺稳定、降低功耗两不误，日立瑞萨成功开发相变存储技术

日立有限公司与瑞萨科技公司（Renesas Technology Corp.）近日宣布，开发出一种有助于保持低功耗工作性能，同时实现稳定制造的新型相变存储元件技术。

在新技术中,连接MOS晶体管和相变薄膜的接线柱之间形成了一种五氧化钽（Ta2O5）界面层，并优化了界面层的厚度。在相变存储元件的工程样品中采用这种结构，已证实在电源电压为1.5V时，编程操作的电流仅为100μA。此外，Ta2O5界面层和相变薄膜之间极佳的附着性有可能为存储元件的制造提供进一步的稳定性。

相变存储器是一种非易失性存储器，能够利用电流产生的热量改变薄膜电阻进行编程；其薄膜在高阻值时为非晶体状态，在低阻值时为晶体状态。不同的电阻代表数据值的1和0。与传统类型的非易失性存储器相比，相变存储器可以提供更快的编程和读取速度，支持更多的重写周期，并具有更低的生产成本。它也非常适用于集成，作为下一代高集成度的片上非易失性存储器具有巨大的潜力。

在复位（恢复非晶体状态，amorphization）期间，传统的相变存储器必须对相变薄膜材料进行加热，以超过其熔点。这需要1mA或更高的大电流。去年日立和瑞萨科技开发了一种氧掺杂氧的GeSbTe（锗锑碲）制造的相变薄膜，成功地以更低的功耗需求制造出了原型存储元件。在使用1.5V电源电压时，这些存储元件仅需要100μA的编程电流。但是，元件的结构决定了相变薄膜中的热量容易通过接线柱丧失。这造成了复位期间温度只能缓慢上升，因此很难进一步降低功耗。此外，通常用于相变薄膜的GeSbTe材料对其下面的硅氧化物薄膜没有很好的附着性。这就需要进一步解决相变存储器制造工艺中的剥脱问题。

日立和瑞萨科技努力解决了这个问题，开发出了一种采用新配置的元件技术，同时实现了低功耗工作和制造的稳定性。新开发的技术使用了一种在相变薄膜和接线柱之间形成超薄Ta2O5界面层的元件结构。这个Ta2O5的界面层可以防止热量通过接线柱散发，因此，相变薄膜的温度得以迅速提升，并可利用更小的功率达到熔点。

此外，在Ta2O5界面层和相变薄膜之间具有极好的附着性，增加了薄膜的附着强度。同时，利用优化的方法形成的Ta2O5层有助于减小晶圆的电阻变化。利用这种方法可以解决制造工艺期间GeSbTe剥脱的问题，同时减小了电阻变化。这样，可以实现存储元件制造工艺更高的稳定性。

用于新型存储元件的相变薄膜由GeSbTe制造，其通常用于此种用途。当使用1.5V电源电压时，经过证实采用新型配置的原型相变存储元件有100μA的编程电流。此外，晶圆的电阻变化很有限，高低阻值的比率在2位数左右，具有承受1亿次重写的能力。

新技术将促进下一代高集成度的片上非易失性存储器的实现，并将期待实现嵌入式设备中MCU器件方面新的进展。

注：

1.接线柱（plug）：一种嵌入在夹层连接孔（通洞）中的金属材料。

2.无定形状态：原子和分子的一种物质状态，它构成的固体处于一种不确定的排列状态，不同于晶体有规律的结构。非晶术语指的也是这种状态。