En el marco de la Línea Piloto Fames, los ingenieros de investigación de CEA-Leti han demostrado por primera vez una plataforma escalable de condensadores ferroeléctricos basados en Hf 0.5 Zr 0.5 O₂ (HZO), integrada en el back-end-of-line (BEOL) del nodo tecnológico FD-SOI de 22 nm. Este avance representa un hito importante en la tecnología de memoria ferroeléctrica, impulsando significativamente la escalabilidad para aplicaciones embebidas y posicionando la RAM ferroeléctrica (FeRAM) como una solución de memoria competitiva para nodos avanzados. Este hallazgo abre la puerta a soluciones de memoria más rápidas, energéticamente más eficientes y rentables en sistemas integrados como IoT, dispositivos móviles y computación de borde, y fortalece aún más la posición de Europa tanto en FD-SOI como en las tecnologías FeRAM.
Las memorias Flash integradas convencionales (eFlash) se enfrentan a limitaciones al intentar reducir su tamaño por debajo del nodo tecnológico de 28 nm, lo que dificulta una mayor miniaturización. Para superar este reto de escalabilidad, las memorias de acceso aleatorio ferroeléctricas (FeRAM) ofrecen alternativas a las eFlash, así como a la DRAM y, eventualmente, a la SRAM, gracias a su consumo intrínsecamente ultrabajo.
Además, la tecnología ha evolucionado gracias a las películas ferroeléctricas ultrafinas de HfZrO₂ (HZO) sin plomo, que pueden depositarse por debajo de los 10 nanómetros en configuraciones planas o verticales, aprovechando la alta fiabilidad y eficiencia energética del HZO.
Escalabilidad en obleas de 300 mm
Recientemente, los científicos del CEA-Leti dieron un paso adelante en la superación de las limitaciones de escalabilidad al demostrar por primera vez una plataforma BEOL de condensador ferroeléctrico (FeCap) basada en HZO en un nodo de tecnología FDSOI de 22 nm en obleas de 300 mm y explorar los rendimientos de matrices FeRAM 1T-1C, gracias a un extenso trabajo de caracterización eléctrica estadística.
En la investigación, se han demostrado dos tipos de integraciones a escala en el nodo FD-SOI de 22 nm: un condensador ferroeléctrico planar 2D convencional (FeCAP) con una superficie tan pequeña como 0,0028 µm², y un condensador ferroeléctrico vertical 3D insertado en una estructura de vía, lo que permite una superficie de condensador 15 veces mayor que la 2D para la misma huella.
El proceso de integración se ha optimizado para obtener un presupuesto térmico relativamente bajo para la cristalización de la película de HZO compatible con el BEOL del 22FDX y sin impacto en el rendimiento del transistor.
Este logro representa un avance importante en la tecnología de memoria ferroeléctrica, mejorando significativamente la escalabilidad para aplicaciones integradas y posicionando a la RAM ferroeléctrica (FeRAM) como una solución de memoria competitiva para nodos avanzados.
Gracias a su óptimo rendimiento y ventajas competitivas, como la no volatilidad, alta velocidad, alta resistencia y bajo consumo de energía, FeRAM está bien posicionada para ser la próxima solución de memoria integrada para nodos FD-SOI avanzados como 10 y 7 nm.