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科技專案成果

瞄準5G、AI時代 率先搶進次世代磁性記憶體
發佈日期:2022-10-21
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2021
簡介:
經濟部技術處科技專案長期布局磁性記憶體技術研發,2015年力促工研院投入磁性記憶體SOT MRAM。

特色:

工研院 ▶ 研發磁性記憶體SOT MRAM技術

* 技術特色 
透過電路結構設計和蝕刻製程優化,SOT MRAM在寫入資料時,電流不會經過絕緣層,大幅提升可靠度,寫入速度更大幅縮短至2奈秒。

* 產業擴散  
與國內晶圓代工領導廠商、美國UCLA DARPA計畫合作開發新世代記憶體;整體而言,SOT MRAM 2018年~2021年的促投金額累計高達9.72億元。

在電腦中微小的記憶體,肩負著讀寫資料的重責大任。隨著5G、AI和物聯網時代來臨,快速處理龐大資料的需求暴增,產業開始尋求速度更快、效能更好的記憶體技術。
 

工研院與美國加州大學洛杉磯分校攜手開發新興磁性記憶體

▲ 工研院與美國加州大學洛杉磯分校攜手開發新興磁性記憶體。
 

在所有新興記憶體中,磁性記憶體(MRAM)不僅讀寫速度最快,比起現在主流的快閃記憶體快上千倍,還具備耐高低溫、抗輻射、低耗電、低電壓特性,更能與半導體10~22奈米的製程整合,特別適合應用在先進嵌入記憶體的領域。

經濟部技術處科技專案長期布局磁性記憶體技術研發,2015年力促工研院投入磁性記憶體SOT MRAM。工研院電光系統所組長許世玄指出,由於SOT MRAM效能更好,特別適合用在車用電子、自駕車、雲端資料中心、衛星通訊、物聯網裝置等講究高性能、高穩定度的產品。相較於目前業界投入量產的磁性記憶體STT MRAM,工研院開發的SOT MRAM,是全球積極研發的最新下世代技術。

寫入速度僅有2奈秒 成果領先世界

過去磁性記憶體在讀寫資料時,電流會從絕緣層通過,每一次讀寫都會造成絕緣層的微小破壞,長久累積就會影響記憶體壽命。研發團隊大膽改寫讀寫路徑,讓寫入資料時的大電流不會經過絕緣層,減少耗損,相較STT MARM讀寫次數小於108,SOT MRAM讀寫次數可達1012,大幅提高可靠度與可應用性。

此外,工研院電光系統所副組長魏拯華形容,磁性記憶體就像「千層派」,多達30幾層的1奈米結構層層相疊,當蝕刻電路圖案時,只要邊緣有一點損傷,外圍容易發生漏電,甚至整個晶片報銷。為此團隊開發低損傷的蝕刻技術,既能清理邊緣沾附,又不會傷到元件本身,魏拯華比喻,「就像削蘋果,要把外層的果皮削掉,但又不會削到果肉。」

透過電路結構設計和蝕刻製程優化,團隊克服層層關卡,2018年完成國際上第一個8吋SOT MRAM的試量產平台,開放產學研進行驗證,實現創新構想。在科技專案資源持續投入下,工研院從單顆元件開始,2022年已達成8,000顆元件的陣列晶片,製程穩定度升級,下一階段更要往百萬顆元件的陣列晶片邁進。寫入速度則從5奈秒大幅推升至2奈秒,相比目前國際SOT MRAM只有單顆元件、寫入速度約10奈秒以下,我國技術水準領先世界。

「協助臺灣半導體產業在新興的SOT MRAM技術研發上,躋身世界領先群,率先布局次世代記憶體市場。」

促成國際鏈結 創造產業競爭力


多年來,工研院深耕磁性記憶體技術,不僅獲得國內外專利共31件,也持續在世界指標性的國際電子元件會議(IEDM)、超大型積體電路技術研討會(VLSI)上發表相關論文,提升國際能見度,因此吸引不少知名單位前來洽談合作。例如2022年在美國國防高等研究計畫署(DARPA)與經濟部技術處支持下,美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)與工研院正式簽訂合作計畫,共同開發新興電壓控制式磁性記憶體。

目前工研院已與臺灣晶圓代工大廠等2家業者進行SOT MRAM試量產製程開發,2018年~2021年的促投金額累計高達新臺幣9.72億元,協助我國半導體產業在新興的SOT MRAM技術研發上,率先布局次世代記憶體市場。
 


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