日本大廠松下(Panasonic)最近與比利時研究機構 Imec共同宣布，他們開發出一種40奈米氧化鉭(TaOx)技術，具備精確的絲狀定位(filament positioning)以及高溫穩定性，能運用於電阻式記憶體(ReRAM或RRAM)。
上述成果是在7月於日本京都舉行的VLSI技術高峰會上發表，並為實現傳統NOR快閃記憶體呈現微縮限制的28奈米嵌入式應用開啟了大門；Panasonic與Imec開發了一種解決方案，能克服ReRAM的絲狀不穩定性(filament instability)，這是會在電阻式記憶體讀取運作時影響記憶體狀態的關鍵參數之一。
根據在VLSI技術高峰會上發表的論文，Imec與Panasonic提出以氧化鉭為基礎的ReRAM，具備適合28奈米嵌入式應用的精確絲狀定位與高溫穩定性。該記憶體單元是利用數種新開發的製程技術以及單元結構來實現，包括低損傷蝕刻(low-damage etching)、記憶體單元側氧化(cell side oxidation)，以及密封(encapsulated)的記憶體單元結構。
在Imec/Panasonic的製程中，ReRAM被放置在兩個金屬層之間，包括物理氣相沉積(PVD) 4奈米五氧化二鉭(Ta2O5) / 20奈米氧化鉭堆疊層，與20奈米氮化鉭(TaN)底部電極(bottom electrode，BE)以及40奈米銥(Iridium)頂部電極(top electrode，TE)；絲狀物位置接近會因為蝕刻製程而受損的記憶體單元邊緣，含有大量的游離氧原子，因此如果絲狀物位置接近受損區域，其中的游離氧在資料儲存時容易擴散到絲狀物。
記憶體單元邊緣的管理，是絲狀物控制的關鍵部分；在大型記憶體單元中，絲狀物仍遠離受損區域，但是在40奈米或28奈米的ReRAM記憶體單元，絲狀物位置就會更接近會產生額外游離氧的受損區域。新開發的解決方案能在記憶體單元中央形成絲狀物，同時也證實該方案在20奈米尺寸記憶體單元的可行性；Imec/Panasonic論文作者表示，他們在2Mbit的40奈米ReRAM達到10萬次讀寫週期、在攝氏85度保存10年資料的可靠性。
40奈米Ir (TE)/Ta2O5/TaOx/TaN (BE)結構ReRAM的顯微鏡下剖面圖
ReRAM與其他新興記憶體，例如鐵電記憶體(FRAM)、磁阻式記憶體(MRAM)等，因為DRAM與NAND快閃記憶體預期中的製程微縮極限而越來越受到矚目；雖然這些新興記憶體並沒有哪一種能完全取代目前的駐留記憶體，仍各自在特定應用領域展現發展潛力。以ReRAM來說，其低功耗、小型化記憶體單元區域，使其成為具吸引力的非揮發性記憶體。
Panasonic已經開始供應內建ReRAM的8位元微控制器(MCU)，能應用於可攜式醫療保健設備、保全裝置以及感測器設備等等。另外一家ReRAM供應商是美商Adesto，產品包括32kb ~128kb容量的導電橋接式隨機存取記憶體(conductive bridge RAM，CBRAM)晶片，可支援物聯網(IoT)等低功耗應用。
Adesto的CBRAM已經通過測試，可耐受醫療應用所需的殺菌程序；該種記憶體利用典型的記憶體單元儲存數位0與1，Adesto在製程中添加了一層介電質，利用小小的電壓能在高低電阻之間改變記憶體單元的電阻值，以區別0與1。
Rambus自2012年初收購Unity Semiconductor之後，也開始投入ReRAM技術；Unity開發的是以CMOx為名之金屬氧化物交叉點2D非揮發性記憶體單元，而Rambus將之重新命名為ReRAM。3D晶片解決方案供應商Tezzaron Semiconductor透過能取得系統IP、規格，能設計差異化晶片的工具套件之架構授權，將把Rambus的ReRAM整合到未來的元件中。
另一家美國業者Crossbar則是開發了3D RRAM，內建選擇功能，號稱能讓數以千計的 RRAM記憶體單元以真正的交叉點記憶體陣列相互連結，具備微縮至10奈米的能力。但雖然ReRAM確實具備具吸引力的非揮發特性、高速與低功耗，仍因為高昂的成本而只適合某些利基應用，難以在短時間內廣泛取代DRAM或NAND。
編譯：Judith Cheng
(參考原文： Imec, Panasonic Push Progress on ReRAM，by Gary Hilson)
資料來源:電子工程專輯
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