【產(chǎn)通社，3月5日訊】中國科學(xué)院微電子研究所（Microelectronice of Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，劉明院士科研團(tuán)隊(duì)研究成果近日成功入選2021年第68屆國際固態(tài)集成電路會(huì)議（ISSCC 2021），這是微電子所首次以第一作者單位在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域最高級(jí)別會(huì)議上發(fā)表論文。 

高密度嵌入式非易失性存儲(chǔ)器（eNVM）在消費(fèi)電子、自動(dòng)駕駛汽車、工業(yè)控制和物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備等領(lǐng)域的SOC芯片中需求非常大。盡管當(dāng)前嵌入式NOR閃存仍是主流，但其工藝復(fù)雜、集成成本高、難以擴(kuò)展到28納米以下節(jié)點(diǎn)。阻變存儲(chǔ)器（RRAM）以其良好的可微縮性、低功耗和與邏輯工藝良好的兼容性成為一種很有前途的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)下嵌入式非易失存儲(chǔ)器。但當(dāng)前先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)下嵌入式RRAM仍然存在一些挑戰(zhàn)，限制了其在eNVM中的實(shí)際應(yīng)用。 

本研究主要通過電路設(shè)計(jì)手段解決先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)RRAM遇到的以下幾個(gè)關(guān)鍵問題：第一，由于RRAM的工作電壓大于標(biāo)準(zhǔn)電壓以及寫入路徑上會(huì)產(chǎn)生一定的電壓降，因此需要較高的電源電壓，進(jìn)而產(chǎn)生了電壓傳輸?shù)目煽啃詥栴}。第二，寫入路徑上的電壓降隨寫電壓與外圍電路的距離而顯著變化，這導(dǎo)致了存儲(chǔ)單元編程電壓的波動(dòng)。第三，業(yè)界應(yīng)用廣泛的自動(dòng)切斷寫電路方案，在寫電壓突然切斷后，無法形成致密穩(wěn)定的導(dǎo)電細(xì)絲（CFs），影響了單元的可靠性。第四，以往使用較少高阻/低阻冗余單元產(chǎn)生讀參考信號(hào)的方案，在遇到單元失效時(shí)，由于參考信號(hào)偏離很大，導(dǎo)致讀取電路無法正常工作。 

劉明院士科研團(tuán)隊(duì)基于多年在RRAM領(lǐng)域的技術(shù)積累，首次設(shè)計(jì)完成了一顆14納米 FinFET工藝下的RRAM測(cè)試芯片。為應(yīng)對(duì)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)RRAM的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了多項(xiàng)創(chuàng)新性的電路技術(shù)：通過引入深N阱技術(shù)，對(duì)P襯底施加適當(dāng)?shù)钠珘航档土烁邏簜鬏數(shù)睦щy；優(yōu)化設(shè)計(jì)了RRAM陣列結(jié)構(gòu)，在陣列的頂部和底部分別非對(duì)稱的放置位線和源線驅(qū)動(dòng)器，以減小近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)單元工作電壓的IR降變化，從而實(shí)現(xiàn)了寫電壓的均勻性分布；寫驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，基于測(cè)試結(jié)果，深入分析了不同形式寫驅(qū)動(dòng)電路對(duì)阻變存儲(chǔ)器可靠性的影響規(guī)律，提出了一種自適應(yīng)延遲終止電路（SADT），幫助生成健壯穩(wěn)定的CFs；讀參考信號(hào)產(chǎn)生電路中，設(shè)計(jì)了多冗余可動(dòng)態(tài)配置的1T1R單元結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了自動(dòng)跟隨溫度、電壓及工藝波動(dòng)的讀參考信號(hào)，解決了由于少數(shù)單元的失效而導(dǎo)致電路無法正常工作的情況。 

測(cè)試結(jié)果表明，該芯片具有良好的性能，所設(shè)計(jì)的電路能夠可靠穩(wěn)定的工作。芯片在0.8V電壓下，[-40，125]℃下實(shí)現(xiàn)了<10ns的讀取時(shí)間。該芯片還可以在VDD低至0.4V、室溫下可靠地進(jìn)行讀取操作。SADT電路提高了RRAM單元1個(gè)數(shù)量級(jí)的寫穩(wěn)定性，且高阻和低阻的數(shù)據(jù)保持失效率也分別降低了87.7%和68.6%。上述研究成果以題為“A 14nm-FinFET 1Mb Embedded 1T1R RRAM with a 0.022μm2 Cell Size Using Self-Adaptive Delayed Termination and Multi-Cell Reference”的論文入選2021年ISSCC，與IBM、TSMC、Samsung共同在ISSCC的存儲(chǔ)器分論壇展示。微電子所楊建國副研究員為論文第一作者。 

相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

ISSCC（International Solid-State Circuits Conference）國際固態(tài)電路會(huì)議由IEEE固態(tài)電路協(xié)會(huì)舉辦，是世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界公認(rèn)的集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域最頂尖的盛會(huì)，被認(rèn)為是“芯片奧林匹克”，是展現(xiàn)IC技術(shù)最新成果的重要窗口。

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