マイクロエレクトロニクス研究所の劉明院士が開発・設計した新しいタイプのハフニウムベースの強誘電体メモリチップが、集積回路設計の最高峰である2023年のIEEE国際固体回路会議（ISSCC）で発表された。
高性能組み込み不揮発性メモリ（eNVM）は、民生用電子機器、自律走行車、産業用制御、IoT（モノのインターネット）のエッジデバイスなどのSOCチップで高い需要があります。強誘電体メモリ（FeRAM）は、高信頼性、超低消費電力、高速性といった利点を有し、大量のデータのリアルタイム記録、頻繁なデータの読み書き、低消費電力、組み込みSoC/SiP製品に広く使用されています。PZT材料をベースとした強誘電体メモリは量産化を達成していますが、CMOS技術との互換性がなく、微細化が困難なため、従来の強誘電体メモリの開発プロセスに深刻な支障をきたし、組み込み統合には別途生産ラインのサポートが必要となり、大規模普及が困難です。新しいハフニウムベースの強誘電体メモリは、その小型化とCMOS技術との互換性により、学界と産業界の共通の関心事である研究ホットスポットとなっています。ハフニウムベースの強誘電体メモリは、次世代の新しいメモリの重要な開発方向とみなされています。現在、ハフニウムベースの強誘電体メモリの研究には、ユニットの信頼性が不十分であること、完全な周辺回路を備えたチップ設計が不足していること、チップレベルのパフォーマンスのさらなる検証が不十分であることなどの問題が残っており、eNVMへの応用が制限されています。
組み込み型ハフニウム系強誘電体メモリが直面する課題に着目し、微電子研究所の劉明院士率いるチームは、CMOS互換のハフニウム系強誘電体メモリ大規模集積プラットフォームを基盤として、世界初となるメガビット級FeRAMテストチップを設計・実装し、130nm CMOSプロセスによるHZO強誘電体コンデンサの大規模集積化に成功しました。温度検知のためのECC支援書き込み駆動回路と、自動オフセット除去のための高感度増幅回路を提案し、1012サイクルの耐久性と7nsの書き込み時間、5nsの読み出し時間を達成しました。これらは、これまで報告されている最高レベルです。
この成果と「オフセットキャンセル型センスアンプ」に基づく論文「1012サイクルの耐久性とECCアシスト型データリフレッシュを用いた5/7nsの読み出し/書き込みを備えた9Mb HZOベース組み込みFeRAM」はISSCC 2023に採択され、そのチップはISSCCデモセッションで展示されました。ヤン・ジャンゴ氏が筆頭著者、リウ・ミン氏が責任著者です。
関連研究は、中国国家自然科学基金、科学技術部の国家重点研究開発計画、中国科学院のBクラスパイロットプロジェクトによって支援されています。
（9MbハフニウムベースFeRAMチップとチップ性能テストの写真）
投稿日時: 2023年4月15日
