目前，閃存芯片存儲(chǔ)技術(shù)以高存儲(chǔ)密度、低功耗、擦寫次數(shù)快等優(yōu)勢(shì)占據(jù)了非揮發(fā)性存儲(chǔ)芯片的壟斷地位，但隨著半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展，閃存芯片存儲(chǔ)技術(shù)遇到了技術(shù)瓶頸，而新一代存儲(chǔ)技術(shù)——阻變存儲(chǔ)器有望成為閃存芯片存儲(chǔ)技術(shù)的替代者。近日，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所劉明團(tuán)隊(duì)在1Mb28nm嵌入式阻變存儲(chǔ)器測(cè)試芯片以及8層堆疊的高密度三維阻變存儲(chǔ)器陣列研究方面取得新進(jìn)展。

以RRAM和MRAM為代表的新型存儲(chǔ)器被認(rèn)為是28nm及后續(xù)工藝節(jié)點(diǎn)中嵌入式存儲(chǔ)的主要解決方案。劉明團(tuán)隊(duì)在RRAM方向具有長(zhǎng)達(dá)10年的研究積累，于2015年開始聯(lián)合中芯國(guó)際、國(guó)網(wǎng)智芯等單位，以產(chǎn)學(xué)研合作方式共同推進(jìn)RRAM的實(shí)用化。經(jīng)過兩年多的努力，在中芯國(guó)際28nm平臺(tái)上完成了工藝流程的開發(fā)與驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模為1Mb的測(cè)試芯片。

(a)28nmRRAM1Mb芯片版圖；(b)28nmRRAM單元TEM界面圖

垂直結(jié)構(gòu)的高密度三維交叉陣列，結(jié)合了3D-Xpoint以及3D-NAND兩種架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，具有制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉以及集成密度高等優(yōu)點(diǎn)。劉明團(tuán)隊(duì)在前期四層堆疊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上(IEDM201510.2、VLSI20168.4)實(shí)現(xiàn)了8層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步驗(yàn)證了RRAM三維結(jié)構(gòu)微縮至5nm以下的可能性。

8層堆疊RRAM截面圖

相關(guān)研究成果分別以BEOLbasedRRAMwithOneExtra-maskforLowCost,HighlyReliableEmbeddedApplicationin28nmNodeandBeyond和8-Layers3DVerticalRRAMwithExcellentScalabilitytowardsStorageClassMemoryApplications為題在2017年國(guó)際電子器件大會(huì)上進(jìn)行了匯報(bào)發(fā)言。