科研案例

工研院 ▶ 建立磁性記憶體驗證試量產平台

 技術特色 
投入開發第三代磁性記憶體技術SOT MRAM，克服鍍膜和蝕刻難題，完成全球第一個可1奈秒高速寫入的8,000顆陣列SOT MRAM晶片。

 產業擴散 
攜手國內2家晶圓製造領導廠商，以及獲美國DARPA計畫促成與UCLA合作開發MRAM技術，2021年~2023年共促成產業衍生投資累積約新臺幣29億元。

迎接AI、5G時代來臨，現有記憶體已難滿足高速運算需求，市場亟需高效能、穩定、低能耗的記憶體，邁入記憶體世代交替的關鍵時刻。其中，「磁性記憶體」(MRAM)擁有與靜態隨機存取記憶體的寫入、讀取速度，還兼具節能可靠的特色，近年來已成為半導體先進製程，以及下世代記憶體與運算新星。

在經濟部產業技術司科技專案支持下，工研院投入開發第三代磁性記憶體SOT MRAM，是MRAM家族中，技術難度最高的「記憶體精品」，特別適合用在車用電子、雲端資料中心、智慧穿戴裝置等高階產品上。
 

▲ 磁性元件製造平台關鍵設備。

攜手國內外知名單位 研發成果創全球第一

事實上，技術司和工研院早在2015年前開始布局SOT MRAM技術，工研院電光系統所研發組長魏拯華形容，SOT MRAM結構猶如千層派，多達30層不到1奈米的薄膜層層堆疊，極度考驗鍍膜和蝕刻技術。團隊從元件創新、材料突破、電路優化、結構排列等面向展開研究，實現以更小電流達到更快的寫入速度，相比國外僅做單顆或少量元件，團隊在2022年即完成全球第一個可1奈秒高速寫入、操作次數達7兆次的8,000顆陣列SOT MRAM晶片。

工研院更攜手產業共同開發新一代全球領先的MRAM技術，突破國際大廠箝制，至今已連績5年與台積電簽約，並在2023年完成新式CIM SOT MRAM，也就是可在記憶體內運算(Computing in Memory, CIM)的SOT MRAM，節省運算時搬運資料的時間和能耗，運算時的讀取電流與能耗為現今MRAM的百分之一。

團隊出色的研發成果獲得美國國防高等研究計畫署(DARPA)出資合作，與美國加州洛杉磯分校(UCLA)共同開發MRAM技術，2023年完成國際首例寫入速度只有0.7奈秒的新興電壓控制式磁性記憶體(VC MRAM)陣列，能耗為現有MRAM的十分之一。

打造驗證平台 協助產業邁向量產之路

這些年，工研院針對SOT MRAM量產會遇到的寫入電流過高、高難度蝕刻製程、寫入程序單純化等問題，申請多項專利布局，目前已獲得國內外專利共31件，並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，搶占下世代記憶體及AI應用先機。

技術司也力促工研院將多年經驗集結彙整，建立國內唯一的磁性記憶體陣列晶片驗證試量產平台與生態系，從晶片電路設計、光罩設計、晶圓製作到驗證測試，都有相關設備和人才，提供產業在先進製程大規模量產前的驗證、調校，歡迎各界一同合作前瞻想法。

魏拯華表示，未來當5奈米、7奈米等先進製程愈來愈普及的時候，需要更高等級的MRAM，「科技專案幫臺灣產業界提早布局，當產業在最先進製程需要SOT MRAM時，即可直接導入產線。」未來團隊也將以MRAM製程技術為基礎，由記憶體擴展至各式新磁性元件，比如可應用於手機或汽車裡的磁感測器，增進MRAM技術的擴散效益。
 

• 成果案例出處：2023科技專案成果案例彙編