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論述了把一個縱向雙極選擇單元集成到一個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)。一個采用這項(xiàng)技術(shù)存儲單元主要是由GST組成的一個可變電阻和一個加熱器，以及一個用于讀寫操作的選擇晶體管。
采用這項(xiàng)技術(shù)的一個創(chuàng)新成果是，通過使一個薄型縱向半金屬加熱器與一個沉積了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，同時降低了編程電流。選擇晶體管是一個直接安裝在加熱器下面的pnp雙極晶體管。結(jié)果形成一個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)的后閃存時代的主要的候選技術(shù)。

雖然演示產(chǎn)品是基于一個PCM單元和一個雙極選擇晶體管，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最終成為一個主流的非易失性存儲器技術(shù)。