ST在未來的非易失性存儲器開發(fā)中取得進(jìn)步

半導(dǎo)體供應(yīng)商意法半導(dǎo)體日前宣布該公司在開發(fā)新型的最終可能會取代閃存的電子存儲器中取得重大進(jìn)步，這種新的技術(shù)叫做換相存儲器（PCM），其潛在性能優(yōu)于閃存，優(yōu)點(diǎn)包括更快的讀寫速度、更高的耐用性，以及向單個(gè)存儲地址寫入的能力。最重要的是，這項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)在靈活性高于目前正在應(yīng)用中的其它任何非易失性存儲器技術(shù)。

6月15-19日，在美國檀香山舉行的半導(dǎo)體行業(yè)最重要的年度論壇“2004年VLSI技術(shù)暨電路研討會”上，ST發(fā)表了兩篇技術(shù)論文，文中詳細(xì)論述了其在開發(fā)商用PCM技術(shù)中所取得的進(jìn)展。在其中一篇技術(shù)論文中，ST首次展示了一個(gè)可以降低單元電流的微溝道單元結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠輕松集成到一個(gè)CMOS基本制程中，并詳細(xì)介紹了這項(xiàng)技術(shù)的可制造性和成本。在另一篇論文中，ST論述了把一個(gè)縱向雙極選擇單元集成到一個(gè)為評估具有成本效益的大容量非易失性存儲器的可行性而設(shè)計(jì)的8兆位演示產(chǎn)品的過程。

新的存儲器技術(shù)利用這樣一個(gè)事實(shí)，即被叫做硫系化合物的材料，在本案中是叫做GST的鍺銻碲合金， 通過適當(dāng)加熱，可以在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換，其中一種狀態(tài)是高電阻的非晶形狀態(tài)，另一種是電阻很低的晶形狀態(tài)。一個(gè)采用這項(xiàng)技術(shù)存儲單元主要是由GST組成的一個(gè)可變電阻和一個(gè)加熱器，以及一個(gè)用于讀寫操作的選擇晶體管。
采用這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)創(chuàng)新成果是，通過使一個(gè)薄型縱向半金屬加熱器與一個(gè)沉積了GST的溝道（微溝道）形成交叉形狀，以定義GST與加熱器之間的接觸面 ，從而簡化了縱向集成方式，同時(shí)降低了編程電流。選擇晶體管是一個(gè)直接安裝在加熱器下面的pnp雙極晶體管。結(jié)果形成一個(gè)可以兼容采用相技術(shù)的最好的NOR閃存單元的單元面積（采用180nm CMOS工藝的0.32平方微米）， 同時(shí)還提供以下優(yōu)點(diǎn)如單一位粒度、較快寫入、極高耐用性和更高的可伸縮性。

可伸縮性尤為重要，因?yàn)榘雽?dǎo)體制造商預(yù)測到在開發(fā)45納米以下節(jié)點(diǎn)的閃存中，會因?yàn)槲锢硐拗埔蛩囟龅较喈?dāng)大的開發(fā)困難，這些限制因素包括小于8-9納米的隧道氧化物厚度出現(xiàn)的無法接受的大量漏電。相比之下，PCM存儲單元的可伸縮性就沒有這些限制，其面對的主要挑戰(zhàn)是降低工作電流。PCM的可伸縮性使之成為幾年之后必須出現(xiàn)的后閃存時(shí)代的主要的候選技術(shù)。

雖然演示產(chǎn)品是基于一個(gè)PCM單元和一個(gè)雙極選擇晶體管，但是PCM體系結(jié)構(gòu)仍然完全兼容使用一個(gè)場效應(yīng)MOS管選擇單元，在這種情況下，單元面積將會擴(kuò)大約4倍，但是需要的掩模卻非常少。因此，場效應(yīng)MOS管選擇單元在嵌入式非易失性存儲器應(yīng)用中將具有一定的優(yōu)勢。

基于現(xiàn)在取得的結(jié)果，ST預(yù)計(jì)PCM技術(shù)將會被用于中密度的獨(dú)立和嵌入式存儲器應(yīng)用。此外，通過演示PCM最具有吸引力的可行性功能，ST增強(qiáng)了對這項(xiàng)技術(shù)的長期可伸縮性的信心，其可伸縮性必將使PCM最終成為一個(gè)主流的非易失性存儲器技術(shù)。