近日，2018國(guó)際電子器件大會(huì)（IEDM）在美國(guó)舊金山召開。會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院微電子研究所研究員劉明團(tuán)隊(duì)展示了28納米嵌入式阻變存儲(chǔ)器可靠性優(yōu)化以及基于HfZrO鐵電FinFET器件的最新研究成果。
對(duì)于新型存儲(chǔ)器RRAM，初始電形成過程會(huì)增加電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度，帶來可靠性問題，一直是工業(yè)界和科研界研究的熱點(diǎn)。劉明團(tuán)隊(duì)在RRAM方向的研究具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)28納米的1Mb RRAM測(cè)試芯片（IEDM 2017 2.4.1），提出了高溫forming的編程方法，可以將平均forming電壓從2.5V以上降為1.7V。由于高溫forming過程中細(xì)絲內(nèi)殘留的氧離子大幅減少，編程之后由于氧離子和氧空位復(fù)合造成的電阻弛豫效應(yīng)得到消除，器件的保持特性得到了40以上的大幅提升。
針對(duì)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的嵌入式存儲(chǔ)器缺失問題，劉明團(tuán)隊(duì)與研究員殷華湘合作提出了基于HZO鐵電FinFET的混合存儲(chǔ)器件。該器件在電荷俘獲模式下，表現(xiàn)出高耐久性（>1012）、高操作速度（<20ns）、良好的數(shù)據(jù)保持特性（104@85oC），與DRAM的性能相近，為在SOC芯片及CPU芯片中集成嵌入式DRAM提供了可能。當(dāng)器件工作在電籌翻轉(zhuǎn)模式下的時(shí)候，器件表現(xiàn)出非常好的數(shù)據(jù)保持特性（>10年）以及對(duì)讀取信號(hào)串?dāng)_的免疫能力，使該器件同時(shí)具有優(yōu)越的不揮發(fā)存儲(chǔ)特性。
基于上述成果的2篇研究論文入選2018國(guó)際電子器件大會(huì)。第一作者許曉欣、羅慶分別在大會(huì)上作了口頭報(bào)告。兩篇論文的通訊作者均為研究員呂杭炳和劉明。
圖1. 28納米R(shí)RAM測(cè)試芯片中采用高溫forming的測(cè)試方法，將器件的forming電壓降低至1.7V以下，顯著提升了存儲(chǔ)陣列的良率與可靠性
圖2. 基于HfZrO2鐵電材料的Finfet結(jié)構(gòu)1T DRAM，實(shí)現(xiàn)了1012以上20ns量級(jí)的快速擦寫，以及85度下104秒的長(zhǎng)時(shí)間保持，為在CPU中嵌入百兆級(jí)別的大緩存提供了新途徑
