版主信息与通信 2024-12-12

新忆科技联合清华大学在IEDM 2024上发表RRAM最新进展，实现了创纪录的千万次擦写寿命和125℃下超过10年的数据保持能力

IEDM（International Electron Devices Meeting），全称国际电子器件会议，自1955年创办以来，始终致力于推动半导体器件及其相关技术的创新与发展。作为半导体器件领域的“奥林匹克盛会”，IEDM汇聚了来自全球顶尖高校、研发机构及知名企业的专家学者，共同探讨并展示最前沿的研究成果和技术趋势。该会议每年举办一次，被广泛认为是集成电路领域内极具权威性和学术水平的顶级学术会议。每一年的IEDM盛会，都是全球半导体行业关注的焦点。

北京新忆科技有限公司与清华大学合作，在近日于美国旧金山举办的IEDM 2024会议上发表了在RRAM领域最新的研究进展<A 28nm 4Mb Embedded RRAM IP with Record-High Endurance of 1e7Cycles and 10years@125°C Retention through Reliability-Enhanced Design-Technology Co-Optimization>，实现了创纪录的千万次擦写寿命和125℃下超过10年的数据保持能力，将RRAM的可靠性指标提升到了一个新的高度（https://ieee-iedm.org/program/）。

由于传统的eFlash方案在28nm以下工艺节点下成本和可靠性都面临极大的挑战，难以持续迭代，先进工艺下的SOC芯片通常采用外挂SPI Flash的方案来存储程序代码。对于需要频繁访问Flash的场景，首先外挂Flash I/O的翻转功耗非常大，无法实现超低功耗的应用；其次，串行SPI接口也严格限制了主控芯片访问存储器的速度，严重限制了其读写性能；再次，对于安全性要求较高的场景，外挂Flash的方案容易被破解攻击，满足不了高安全应用的要求。

基于以下诸多特点，RRAM是下一代嵌入式存储IP的理想选择之一，非常适合应用在先进工艺的SOC当中。

器件尺寸可以微缩至10nm以下，打破了eFlash器件的微缩极限，在FinFET、FD-SOI等先进工艺下依然可以使用。

由于RRAM器件采用的是位于金属层的后道工艺，兼容HV,BCD等特殊的非常规工艺。

只在逻辑工艺的基础上额外添加了2~3层掩膜版，工艺成本远低于eFlash。

内部不需要eFlash那样的高压，操作电压极低，非常适合低功耗应用。

器件的物理特性上不容易受高能射线的干扰，具有天然的抗辐射特性，可以应用在放射性医疗，航空航天等领域。

数据保持能力与eFlash器件相同，掉电不丢失。

随着工艺节点向更小尺寸不断演进，RRAM在先进工艺下同样也会面临操作电压缩减、晶体管漏电增加、金属走线寄生效应增大等一系列衍生问题，这些问题会影响器件的操作过程和一致性，最终都会反映到器件的可靠性上面。如果产品的可靠性表现不佳，应用场景就会非常受限，因此可靠性问题一直是制约先进工艺下的RRAM迈向更大规模应用的核心问题之一。

与此前行业发表的其他成果的对比

新忆科技、清华大学和厦门工研院的研发团队通过设计工艺协同优化（DTCO）的方式，从器件工艺、电路设计和操作算法多方面入手，经过长期的理论推敲和大量的实验验证改进，开发了一套完整的优化技术。基于该套优化技术，新忆科技在28nm工艺上开发了4Mb RRAM Macro IP进行验证，测试结果展示出了优异的可靠性，证明了优化技术的有效性，为进一步在更广泛场景下的规模化应用奠定了坚实的基础。

28nm 4Mb RRAM Macro IP显微照片

同时，新忆和清华团队还验证了RRAM的多比特存储能力。测试结果显示，在4bit操作模式下的16个电阻态可以保持良好的阻值均一性和优异的I-V线性度，符合RRAM在未来存算一体和类脑计算等领域中的应用要求。

MLC多值存储特性测试结果

团队发表的该项成果也得到了国际顶级期刊《Nature Electronics》的主动关注，该期刊将此项工作作为非易失性存储器领域的Research Highlights亮点成果在其官网也进行了专题报道（https://doi.org/10.1038/s41928-024-01322-w），给予了高度认可。