由于附设摄影镜头的移动电话（以下简称为照相手机）与数字相机的画素数快速增加，造成记录像像的非挥发性内存几乎都采用闪存（flash memory）奇特现象，虽然2003年陆续出现新型非挥发性记忆IC，试图夺取闪存庞大的市场，不过一般认为今后数年内具备价格优势的闪存，仍将持续维持独霸一隅的局面，未来新型的FeRAM与MRAM将会取代闪存，成为SoC混载市场的新霸主，不过在此同时「RRAM」的发展动向也备受嘱目，因为「RRAM」具备革命性低价实力与动作特性实在不容小觑。

发展经纬

继FeRAM（强诱电内存)、MRAM（Magnetic RAM)与OUM（Ovonic Unified Memory）之后，Sharp早在数年前就悄悄展开RRAM（Resistance RAM）IC的研发，并在2002年12月于旧金山召开的「2002 IDEM（International Electron Devices Meeting）」大会正式对外发表RRAM IC。如(图一)所示由于RRAM是目前唯一能与具备低成本竞争力的闪存对抗的非挥发性内存，因此一般认为RRAM若能商品化，未来将成为革命性内存。在此同时闪存预定在2007年采用65nm制程量产；NAND Type可望进入55nm制程，这意味着喧腾一时的「物理极限论」，随着制程微细化，例如以往认为Tunnel SiO2的厚度极限无法超越8nm，不过韩国三星在2002年IDEM却以7nm的记录，轻易戳破8nm的极限迷失，使得所谓物理极限论再度受到质疑。

《图一 各种记忆IC的成本比较》

a.单体时的成本指针趋势

b.混载时的成本指针趋势

如(表一)所示，FeRAM的最大优势是混载时的低成本与低耗电性，因此FeRAM经常被应用在可携式电子产品与RFID Tag（卷标）、IC卡等领域。事实上富士通利用FeRAM混载IC制成的RFID Tag与IC卡已经正式商品化；冲电气与SONY共同开发的FeRAM，也在2003年进入实用化，除此之外美国TI基于FeRAM混载时的低成本，与量产时只需增加两片CMOS逻辑IC用光罩即可的特征，计划将FeRAM应用在新世代非挥发性内存，如此一来混载时与快闪IC的成本差距可望大幅缩小，如图一(b)。

FeRAM的单体成本能够接近闪存的水平，主要原因是技术上已经达成单晶体管效应（以下简称为1T效应）所造成，所谓1T效应是指cell面积可缩小到闪存的水平，同时还可以获得多位化效果。一般认为2010年以后可以实现1T型FeRAM，不过现阶段break through效应已经提前浮现，因此1T型FeRAM可望提前在2005年～2010年进入商品化阶段。

20以下虽然目前MRAM的成本还无法与闪存相提并论，不过其它性能例如高速访问时间却凌驾闪存。MRAM的诉求与FeRAM一样，主要是应用在SoC（System On a Chip）等领域，不过MRAM的消耗电流比FeRAM大，因此始终未受到RFID Tag与IC卡等业者的青睐，目前主要用途大多集中在汽车领域。此外MRAM的业者普遍认为2006～2007年以后MRAM才有机会与DRAM产生价格差距，因此短期内并无取代DRAM的计划。

《图二 微细化与多值化是RRAM最大潜能》

微细化与多值化是RRAM最大潜能

RRAM的特性如上所述Sharp美国分公司与University of Houston共同开发的明日之星「RRAM」，若与闪存或是DRAM比较时，由于RRAM具备成本与性能上的优势，因此Sharp将RRAM的终极目标定位成全面取代目前市面上所有的记忆IC。有关RRAM的成本由于微细化与多值化，使得RRAM比NAND型闪存更能够大幅削减成本，同时还能获得数十ns，几乎与DRAM相同的高速访问时间，以及超过105次涂写次数和非破坏性读取等MRAM无法比拟的特性。综观RRAM低成本化的主要理由有三项，

有关无微细化的障碍，由于制程微细化使得电压亦随着降低，同时写入时的消耗电流也可减低；相形之下微细化后消耗电流大幅增加，却是MRAM结构上的致命伤害。

有关可作多值化，能获得多值化主要原因是读取时的裕度可提高至10万，即使是实验室水准，最少都可获得8值（3bit/cell）的成果。

有关RRAM的量产时期，虽然Sharp并未正式对外公布，不过一般预测应该在今后几年内开始量产，不过前提是必需克服有关量产的技术课题，尤其是先前的MRAM曾经发生「磁性体膜层即使是微弱的变化，亦会造成性能大幅劣化」等有关品质稳定的惨痛经验，更何况RRAM使用全新的材料，因此一般认为正式量产必需花费相当长的时间。

有关OUM的发展，虽然包含Intel、ST以及日立在内许多厂商有意生产OUM，不过各厂商的诉求却截然不同，例如Intel主要是应用在高性能低成本的SoC混载领域，无意利用OUM取代快闪记忆体；ST则是同时以单体与混载为考虑。

由于低成本是主宰市场主要利器，因此各LSI厂商莫不卯足全力利用光罩数量、多位元化与微细化等手段，试图降低FeRAM与快闪记忆体的成本。如(表二)、(表三)所示，各厂商几乎都是采用130～180nm制程试图获得微细化、低成本化与多位元化效应。

(表四)是最近发表的研究成果；(图三)是韩国三星利用微细化降低成本的典型范例，基本上它是用90nm制程制成2Gbit记忆体，7nm Tunnel SiO2的膜厚与0.004μm2的Cell面积，缔造全球体积最小记录。

(图四)是日立已经商品化资料储存用「AG-AND」IC的改良版，该IC同时具备2bit/cell与11Mbps高速低成本特性，因此广泛应用于可下载音乐与动画资料的可携式电子产品。

由于一旦多值化写入时间就会变长，因此一般使用下列三种技术改善高速性：

《图三 韩国三星微细化的典型范例》

有关Flash的多位元化​​新技术，则以台湾的Macronix International与交通大学共同研发的「Programming by hot Hole Injection Nitride Electron Storage；PHINES」最受嘱目，虽然物理上利用相异两部位储存电荷，进而达成2位元/cell的原理与「NRON」、「MirrorBit」相同，不过PHINES方式具有比上述两方式更高的可靠性。如(图四)所示PHINES是在SiO2层挟持的SiN层内储存电荷，该方式基本上与现有的技术相同，不过两者最大差异点是PHINES将SiN层分成上、下两层，上层收集电子，下层则根据正孔是否注入source端与drain端的方式记忆2位元的data，如此一来不但可以延长反覆涂写后的资料保存时间，同时还可以消除disturb并抑制耗电量，相较之下传统技术由于电子与正孔反覆通过SiN层下方的SiO2层结晶，使得SiO2层结晶受到伤害，进而造成储存于层的电子极易流入channel。此外PHINES可将尺寸比电子更大的正孔集中在SiN层的下方，因此正孔不易泄漏，可靠性因而大幅提高。 Cell的大小为5.2F2，每位元相当于2.6F2，如上所述PHINES不易产生disturb，因此极易进行微细化。

《图四 提高可靠性的2bit/cell技术》

有关FeRAM的评价最近这半年发生很大的变化，因为一年前MRAM与低成本Flash之间根本没有所谓的「问题」存在，不过当TI将FeRAM定位成新世代技术与混载用途之后，利用1T型FeRAM进行技术革新的呼声再度浮出台面(表四)，如(表五)所示是以强诱电体材料以及不减损可靠性为前提，试图达成低成本混载用晶片等目的。

Channel的结构

为克服FeRAM的Cell尺寸过大的缺失，因此SONY与OKI电气共同开发Cell尺寸只有12F2的FeRAM，如此一来就可获得纵横分别是4F与3F的间距(图五)，虽然该IC可适用于单体与混载记忆，不过上述两公司却计划应用于可携式电子产品的SoC等混载领域。该强诱电体材料使用的SBT（SrBi2TaO9）的烧成温度为650～675℃，比以往的烧成温度低100℃左右。 OKI电气预定2003年正式推出0.5μm产品，2005年则为0.25μm。

《图五 cell尺寸为12F2的FeRAM》

如上所述光罩追加的数量对FeRAM混载时的成本具有决定性影响，也就是说如何有效将光罩数量削减至极限，已经成为各厂商一致的目标，例如富士通、三星与TI相继开发只需一片光罩就可制作强诱电体上下电极的技术，其中又以TI只增加两片光罩，再利用21片光罩制成电路混载FeRAM的方式最突出。此外利用一片光罩作蚀刻(etching)对缩小设计尺寸也有很大的助益，因为它可以避免光罩对位时的空间与蚀刻时的损伤，进而获得极佳的窄间距效应，如(图六)所示三星利用单光罩的蚀刻技术与0.25μm的设计rule，制作15F2/32Mbit的单体元件。

《图六 三星开发的1T1C型32MbitFeRAM》

有关1T型（One Transistor Type）FeRAM的资料保存时间，根据日本产业技术综合研究所的研究结果显示大约是10年左右(图七)，虽然有许多半导体厂商与学术界携手研发1T型FeRAM，不过资料保存期限只有一天的水准，因此目前尚无法实用化，有鉴于此日本产业技术综合研究所开发可以抑制漏电电流的技术，大幅延长资料保存时间。根据研究结果显示，利用该技术可获得4F2的Cell，如果使用70nm制程可在1.8cm2的晶片面积获得10Gbit的容量，而且还能实现1T1C型FeRAM无法完成的非破坏性读取，值得一提的是1T型FeRAM的量产技术还有待开发，其中又以如何取代雷射堆积法是实用化最大课题。东京大学开发的1T2C型FeRAM的结构，该IC的Cell尺寸为4F2，同时还可作非破坏性读取。

《图七 1T型FeRAM的最大数据保存时间》

RRAM的制作技术

RRAM的记忆元件使用一旦施加脉冲电压，阻抗值就会立即改变产生所谓CMR（Colossal Magneto Resistive）效应的材料，如果利用脉冲电压设定阻抗值，理论上就能维持不挥发特性，并且还可以从该阻抗值作非破坏性读取。 CMR效应与MRAM使用的TMR效应不同，因为磁界对阻抗值完全未发生任何作用，也就是说RRAM不需像MRAM利用电流产生磁界再作spin控制，在此同时为防止受到外部磁界的干扰，必需再作磁气shield。

有关阻抗值的最小与最大比，2002IDEM为已经证实大约是1000倍左右，不过实际上100Ω～10MΩ时则可作10万倍的变化，此外CMR效应属于超传导状态，因此可以在任何低温环境动作，也可以在200℃高温下动作。 SHARP为了将RRAM制成非挥发性记忆体，利用溅镀设备在矽晶圆上制作CMR薄膜，再用Pt材质的上下电极挟持CMR，由于它与CMOS制程的相性很好，所以可用400～600 ℃的低温制作，如此一来便可使逻辑单元制毕后更容易构成RRAM元件。(表五)是SHARP利用0.5μm CMOS技术试作cell大小为0.8×0.8μm2正方的64位元RRAM晶片规格摘要。

结语

200℃以上

[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004＞	200℃以上如果说IT（Information Technology；信息技术）界要颁发最速黯淡奖，那么笔者可能会提名InfiniBand，理由是InfiniBand的规格及标准规范自1999年开始起草，2000年正式 发表，之后主力业者纷纷退出。记忆体产业的下一步？InfiniBand：还会有多少人想起我？ 记忆体产业的下一步？ 你可在「 记忆体产业的下一步？」一文中得到进一步的介绍。 90年代末期实用化强诱电记忆体（FeRAM）的耗电量比快闪EEPROM、DRAM低，因此迅速成为非接触式IC卡与可携式电子产品的新宠。在「90年代末期实用化强诱电记忆体（FeRAM）的耗电量比快闪EEPROM、DRAM低，因此迅速成为非接触式IC卡与可携式电子产品的新宠。」一文为你做了相关的评析。

市场动态	90年代末期实用化强诱电记忆体（FeRAM）的耗电量比快闪EEPROM、DRAM低，因此迅速成为非接触式IC卡与可携式电子产品的新宠。RRAM工作机理超出半导体理论范围 德国英飞凌已经展出了实验性的有机PRAM，而台湾的旺宏电子也展出了PRAM和RRAM。在FRAM、MRAM和PRAM之后，元件特征尺寸将向柰米级发展。先进记忆体技术向奈米级设计发展 在专题研讨会上，三星独家进行了PRAM和FeRAM的发表。要想提高PRAM的集成度，必须降低可编程电流，由此还可减小单元面积。FeRAM薄膜化研究新进展