大容量ReRAM實用化邁出關鍵一步，美光與索尼共同開發

【新聞鏈接】

生菜放1個月依然新鮮水靈的秘密

注水即可充電，古河電池能為智能手機充電30次的應急鎂空氣電池

九州大學等和住友化學試制鈉離子充電電池

或順滑、或發澀，體驗超聲波觸感觸摸屏

東京大學：應用分子檢測細胞的機理開發高靈敏傳感器

大容量ReRAM（可變電阻式存儲器）作為新款非易失性存儲器一直在全球進行著激烈的開發競爭。現在，美國美光科技與索尼的共同研發小組即將使之實用化。該研發小組領先於其他公司開發出高速、大容量的ReRAM，並在半導體集成電路技術國際學會“International Solid-State Circuits Conference（ISSCC）2014”上進行了發布。索尼站在儲存器用戶的立場上，打算將此次的技術用於存儲級內存（SCM），以彌補DRAM與NAND閃存的性能差（圖1）。

16GbitReRAM （攝影：美光、索尼）

圖1：彌補DRAM與NAND閃存的性能差

美光與索尼共同開發的16Gbit ReRAM計劃用於彌補DRAM與NAND閃存性能差的存儲級內存（SCM）。（圖由《日經電子》根據美光和索尼的資料制作）

目前，DRAM與NAND閃存的訪問性能有3∼5位數的差。很多觀點指出，為提高系統整體的性能，需要能彌補這些性能差的SCM。而ReRAM是SCM的有力候補。不過，ReRAM此前無法兼顧SCM的必備條件——“超過DRAM的容量”和“超過NAND的訪問性能”。

例如，美國晟碟公司與東芝在“ISSCC 2013”上共同發布的32Gbit ReRAM雖然實現了DRAM數倍的容量，但訪問性能隻跟NAND閃存差不多（圖2）。訪問性能非常高的ReRAM也開發出了多款，但沒有實現Gbit級容量的報告。

圖2：通過ReRAM兼顧高速化和大容量化

採用與DRAM接近的芯片構成

此次，美光與索尼的共同研發小組開發的ReRAM容量為16Gbit，超過了目前的DRAM，而且具備超過NAND閃存的高速性。數據傳輸速度在讀取時為1GB/秒，寫入時為200MB/秒，訪問等待時間在讀取時為2μs，寫入時為10μs。採用1GB/秒的DDR接口以及與DRAM接近的8存儲體儲存器架構，通過並聯運行實現了高速化。

電阻變化元件採用CuTe膜和絕緣膜的雙層構造。通過銅離子的移動在元件內部形成電導電橋來改變電阻值。儲存器單元由一個選擇晶體管和電阻變化元件構成。採用27nm工藝、3層銅布線技術制造，單元面積為6F2（F為設計規則）、即4374nm2，芯片面積為168mm2。

索尼考慮將此次的技術“用於廣泛的用途”。不僅是智能手機和平板終端，還有望用於數據中心的存儲裝置等。量產時間沒有公布，估計在2015年以后。

三維NAND從高性能用途開始實用化

NAND閃存與大容量ReRAM一樣，也展開了激烈的技術競爭。既有以此前的二維（平面）構造繼續微細化的動向，同時，重疊儲存器單元的三維NAND閃存的開發速度也在不斷加快。在本屆ISSCC上，韓國三星電子就三維NAND閃存“Vertical NAND（V-NAND）”進行了報告（圖3）。該閃存層疊了24層儲存器單元層，以一個芯片實現了128Gbit的容量。

圖3：三星的三維NAND閃存“V-NAND”

NAND閃存領域瞄准大容量化的技術開發加速。例如，三星電子發布了三維NAND閃存“V-NAND”的詳情。（圖由《日經電子》根據三星的資料制作）

V-NAND的芯片面積為133mm2，比美光在本屆ISSCC上發布的最新平面型NAND閃存的芯片面積（173.3mm2）還小。V-NAND的bit集成密度為0.96Gbit/mm2，實現了“業界最高值”（三星）。

不過，估計目前V-NAND的制造成本要比平面型NAND閃存高。因為三維NAND閃存需要在積層膜上制作高深寬比的孔（儲存孔）等，需要新的設備投資。很多觀點認為，V-NAND能在成本方面勝過平面型NAND閃存要等到儲存器單元積層數增加的第二代和第三代產品。因此，這些觀點認為，目前的第一代三維NAND閃存僅限用於數據中心用SSD等高性能用途。（作者：木村 雅秀，日經技術在線！供稿）