ReRAM即將跨入3D時代？

　　莫斯科物理技術學院(MIPT)宣稱成功為ReRAM開發出新的制程，可望為其實現適于3D堆疊的薄膜技術…

　　可變電阻式隨機存取存儲器(ReRAM)是一種可望取代其他各種儲存類型的“通用”存儲器，不僅提供了隨機存取存儲器(RAM)的速度，又兼具快閃存儲器(flash)的密度與非揮發性。然而目前，flash由于搶先進入3D時代而較ReRAM更勝一籌。

　　如今，莫斯科物理技術學院(Moscow Institute of Physics and Technology;MIPT)的研究人員已成功為ReRAM開發出新的制程，可望為其實現適于3D堆疊的薄膜技術。

　　ReRAM的研發一般采用憶阻器進行，其中，在介電層中遷移的氧空缺(oxygen vacancy)，將電介質的電阻改變為‘1’與‘0’。除了MIPT，還有來自4DS Memory Ltd.、Crossbar Inc.、HP Inc.、Knowm Inc.以及美國德州萊斯大學(Rice University)的研究人員們也為ReRAM創造了原型。

　　針對3D ReRAM，MIPT科學家Konstantin Egorov表示，“我們不僅需要在介電層中形成氧空缺，還必須為其進行檢測”。為此，MIPT的研究人員們采用的方法是，在出現氧空缺的介電層中，觀察其能隙中的電子狀態

　　Egorov說：“為了研究在氧化鉭薄膜生長過程中形成的氧空缺，我們使用了一種整合生長PEALD[電漿輔助原子層沉積]和分析XPS(X射線光電子能譜儀)腔室(以真空管相互連接)的實驗叢集。該叢集讓我們能生長和研究沉積層，而不至于破壞真空狀態。”

　　他強調，“這一點非常重要，因為一旦從真空中取出實驗樣本，介電質的納米層就會在其表面上氧化，導致氧空缺的消失。”

　　用于生長和研究薄膜的實驗叢集，可在真空狀態下實現3D堆疊 (來源：MIPT)

　　任何半導體研究實驗室都可以建構這種獨特的原子層沉積(ALD)叢集，其方式是連接PEALD和XPS腔室，然后再添加自動操縱器，在腔室之間傳輸晶圓。除了樣本測試晶圓以外，在大量生產時并不需要這種叢集。然而，必須建立一條的的組裝線，以補償ALD薄膜緩慢的生長速度。

　　如果這些研究取得成功，MIPT聲稱所產生的ReRAM就可以垂直堆疊，成就一種可克服3D flash限制的通用存儲器;目前，3D flash僅限于64層。

　　與沉積氧空缺氧化鉭薄膜有關的化學反應階段(左)，以及透過X射線光電子能譜儀進行分析的結果(右)。 (來源：MIPT)

　　雖然ALD的生長緩慢，但它能實現3D結構的共形涂層，取代MIPT和其他研究實驗室迄今所使用的納米薄膜沉積技術。其關鍵的區別在于ALD依次將基底暴露于前體材料和反應物材料，并且取決于二者之間的化學反應以產生主動層。MIPT的技術還使用連接至金屬前體的化學分子配體，以便加速化學反應，但在用于元件的主動層之前必須先移除這種配體。

　　MIPT首席研究員Andrey Markeev說：“沉積缺氧薄膜需要找到正確的反應物，才能移除金屬前體中所含的配體，并且控制涂層的氧含量。因此，在經過多次實驗后，我們成功地使用含氧的鉭前體，以及電漿激發的氫反應物。”

　　MIPT研究人員Dmitry Kuzmichev、Konstantin Egorov、Andrey Markeev和Yury Lebedinskiy，及其背后的原子層沉積機器。(來源：MIPT)

　　接下來，研究人員打算為這一流程進行最佳化，并提高ALD的速度，從而為3D ReRAM實現大量生產。

　　MIPT的研究資金是由俄羅斯科學基金會(RSF)和MIPT共同提供。這項研究細節已發表于《ACS應用材料和介面》(ACS Applied Materials & Interfaces)期刊的“以電漿輔助原子層沉積控制TaOx薄膜的氧空缺，實現可變電阻式切換的存儲器應用”(In Situ Control of Oxygen Vacancies in TaOx Thin Films via Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition for Resistive Switching Memory Applications)一文中。