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工研院電子所投入新興記憶體的研發創新

上網時間 : 2006年01月06日

台灣的記憶體產值在2004年達到新台幣2300億元，佔全球記憶體市場的二成，是重要的記憶體供應國。然而，長久以來台灣的DRAM業者都是採直接由國外引進技術的模式，自行研發的能力較弱。隨著記憶體進入深次微米世代，業者開始希望能以自行開發的方式來保持其技術優勢，也因此對下世代核心技術的需求益加迫切。有鑑於此，工研院電子所的前瞻電子與電路設計中心在組長蔡銘進博士的帶領下，已開始投入包括磁性記憶體、相變化記憶體、MIM製程等關鍵技術的開發，期望能藉此建立台灣在新興記憶體技術的研發能量。


磁性記憶體與相變化記憶體都是新興的記憶體技術，雖然包括三星、英飛凌、IBM、英特爾等多家國際大廠都已投入多年的研發工作，但目前也都尚未有真正商業化的產品出現。而對現有的DRAM技術來說，解決進入70奈米世代的漏電流問題，確是更為急迫的課題。

蔡銘進解釋說，“DRAM的基本原理是利用一個電容再加上一個電晶體組成的單元來儲存電荷，以分辨0與1的訊號。其電容結構為半導體─絕緣層─半導體(SIS, Silicon-Insulator-Silicon)架構。但是隨著製程微縮，單元的面積越來越小，相對的訊號量就越來越小，越難以正確判別資料。若要在小面積中維持適當的電容值，就必須採用具更高介電常數的high-k材料來作為絕緣層，使元件能在較厚的絕緣層之下仍能獲得所需的電容密度。然而此舉也會導致絕緣層─半導體間因能帶差(Band off-set)較低而容易產生漏電流；因此其電極還須使用半導體以外的材料(例如金屬)來增加能帶差以避免漏電。”

也因此，為解決此一因製程微縮所產生的問題，對DRAM技術而言，最關鍵而有效的方法就是將高介電常數絕緣材料應用於絕緣層，並利用金屬作為電極材料來取代矽半導體，形成高介電常數金屬-絕緣層-金屬(MIM, Metal-Insulator-Metal)電容結構。此技術將可滿足ITRS 技術藍圖與未來世代的需求。

因應這樣的業界需求，電子所從去年一月起開始執行為期兩年的前瞻技術科專計畫，預計要從65奈米的MIM架構開始切入，未來將持續將技術延伸至45、32奈米製程節點。

“過去我們曾經進行過CMOS製程的high-k材料研究，但一年多後計畫就終止了。”蔡銘進不諱言，國內的晶圓代工廠研發能量遠勝於工研院。但為了在新世代的DRAM技術中重新佔有一席之地，電子所決定從新興的記憶體技術著手，希望能再次為台灣的產業做出貢獻。

他說，以high-k材料的研發來看，雖然國內的DRAM業者都有其技術來源，但是“目前並沒有廠商完全成功地解決high-k材料問題，再加上國內業者也希望能夠有second source的技術來源，也因此業者均顯示出極高的合作意願。”

蔡銘進表示希望今年底就能完成65奈米的high-k材料研發。他指出，目前的研究重點在於金屬與絕緣材料間的介面處理問題以及成份的調整。“我們去年以來，已經就此提出7~8項的專利。”

目前業界常採用的high-k材料包括Al2O3、HfO2，前者的介電值為9、後者為25。長期來看，電子所希望能對k值大於30的材料進行研究，以確保未來此技術能持續延伸到45、32奈米等更先進的製程節點。而就金屬材料來看，除了常見的TiN之外，電子所也正著手開發其他新材料。

作者： 勾淑婉

posted by C.H. Chen @ 11:10 PM