旺宏電子股份有限公司與IBM、Qimonda共同研發之相變化記憶體(Phase-Change Memory，PCM) 技術獲得重大突破！旺宏電子今(29)日表示，與研究合作聯盟IBM及Qimonda的研發成果，首度證實相變化可發生於20奈米尺寸以下的相變化元件。由於此項成果對10餘年後之半導體技術藍圖提供了重要的可行性驗證，因此獲得「國際電子元件大會(IEEE International Electron Devices Meeting，IEDM )」評選為2006年最重要的論文之一，更將受邀於2007年「國際固態電子電路會議(IEEE International Solid-State Circuits Conference，ISSCC)」中展現該項成果。
旺宏電子資深副總經理盧志遠指出，「相變化記憶體在非揮發性記憶體的市場上，雖較其他技術具有更佳的微縮效果，但卻始終無法證明其微縮的極限。這次旺宏的研究團隊與IBM及Qimonda於IEDM發表的成果─“Ultra-Thin Phase-Change Bridge Memory Device Using GeSb”，證實僅需要小於100微安培(μA)的電流，即可在厚度3奈米、寬20奈米之GeSb(Germanium Antimonide)元件上迅速完成相變化。這項研發成果能對目前國際半導體技術藍圖 (International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS) 未來10餘年後才會進入20奈米以下世代的預測，提供了可行性的重要例證，因此相當具有影響性。」
IEDM為微電子界最富盛名的國際重要會議之一，每年大會在上千件投稿中，評選出約250篇來自世界各地最新的研究成果在會議中發表，旺宏今年即有5篇技術論文入選。今年IEDM大會更嚴選了20餘篇重要論文，其中包括旺宏與IBM及Qimonda發表的相變化記憶體技術(論文編號為30.3)，預定由旺宏研究人員陳逸舟博士於12月13日在IEDM中發表。此篇論文同時也獲得ISSCC評選為年度最重要的5篇元件／製程論文之一，並已獲邀於明年2月14日ISSCC會中再次發表，以促使全球電路設計專家了解電子元件方面在2006年的最重大突破。除了IEDM與ISSCC以外，旺宏與研發策略伙伴發表的另一篇相關技術論文 "Scaling Properties of Phase Change Nanostructures and Thin Films"，也在今年歐洲European Symposium on Phase Change and Ovonic Science (EPCOS) 會議中獲得年度最佳論文獎。今年旺宏在2006年ISSCC會中，也領先發表全球第一個4 bit per cell 1Gb的Flash晶片。
旺宏電子董事長兼總經理吳敏求表示，「旺宏自成立以來，即致力於提昇非揮發性記憶體的自有研發技術，這次與策略伙伴在相變化記憶體的研發成果相繼獲得IEDM、ISSCC及EPCOS的肯定，顯示旺宏在相關研發技術上的努力已逐漸顯現。除了應用於代碼儲存(Code Memory)領域的PCM技術已有所突破以外，旺宏在資料儲存(Data Storage)解決方案方面，也提出了具備高速抹寫、高可靠度品質的BE-SONOS技術，以突破Flash元件在微縮發展上的瓶頸。未來，我們將持續深耕非揮發性記憶體的研發工作，以求在技術上領先國際，並讓台灣成為科技領先的先進國家。」
為提昇非揮發性記憶體的研發能力與技術，旺宏於2001年3月成立前瞻技術實驗室，2003年即於IEDM發表相變化記憶體的研究論文，進而促成跨國際合作的研發策略。2004年7月，旺宏與IBM及德國英飛凌Infineon公司 (英飛凌記憶體部門後獨立成為子公司Qimonda)成立技術合作聯盟。研究計畫於IBM位在美國紐約州的T.J. Watson Research Center、在佛蒙特州Burlington的Technology Center及加州Almaden Research Center同步進行，共同開發相變化記憶體技術。
相變化記憶體採用嶄新的資料記憶方式，它藉由電流改變材料的晶相型態，例如從結晶相變成非結晶相，使材料阻值在前後的變化上產生懸殊差異，藉由檢測電阻變化大小以判定資料的儲存，不同於傳統記憶體利用電荷數量的多寡來決定，它更可以突破現有浮動閘極式(Floating Gate)非揮發性記憶體之微縮極限。
目前相變化記憶體雖然仍處於初期的研究階段，但因其具備高操作速度，高儲存密度，和非揮發性的潛能，可廣泛運用於高效能伺服器及一般消費性電子產品，因此被視為是兼具Flash及 DRAM功能的全面性記憶體(Universal Memory)。目前幾家非揮發性記憶體國際級大廠如Samsung, Intel/ST-Microelectronics 皆相繼投入研發，以求儘快提供更具經濟效益的解決方案。
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名詞解釋
IEDM
IEDM已舉辦了五十一屆，由於每年在此會議中皆有來自世界各地最傑出的研究成果發表，包括半導體設計、製造、模組及電子元件等領域，因此被視為微電子界的奧林匹克國際盛會。2006年第五十二屆IEDM將於12月11日至13日在舊金山Hilton Hotel舉行，今年預計將有約230篇技術論文在會中發表。
http://www.his.com/~iedm/
ISSCC
ISSCC為引領全球最著名的先進固態電路和系統晶片國際學術會議，由國際電機電子工程師學會（IEEE）於二月份召開，每年皆吸引電子業領先廠商及頂尖 IC 設計工程師參與。2007年將於2月11日至15日在舊金山Marriott Hotel 舉辦。受邀於ISSCC發表的主題演講，將會是未來5~10年業界注目的焦點。
http://www.isscc.org/isscc/
PCM
相變化記憶體(Phase-Change Memory，PCM)是利用電流產生熱以改變材料結構，藉此完成資料儲存的功能。當短脈衝之大電流通過相變化材料後，材料因被急速加熱融化後隨即快速冷卻，導致結晶程度差而呈現高電阻質。反之，若施予長脈衝小電流，則材料冷卻速度緩，結晶程度佳，電阻質因而下降。材料阻值高低即成為判斷數位資料"0"與"1"的依據。
BE-SONOS
BE-SONOS為SONOS單元記憶胞的創新。原本無法改變的SONOS底層氧化層(SiO2)能隙值，在經由以三個絕緣層的疊層（SiO2/SiN/SiO2）取代底層氧化層(SiO2)之後，而獲得調控的自由度。因材料能隙大小能夠被工程手法操控，因此該元件取名為 BE-SONOS (Bandgap Engineering SONOS)。 BE-SONOS承襲了SONOS元件不因尺寸微小化而有資料相互干擾的優點，同時也因底層氧化層的能隙大小能被所施加的外在電場而有所調整，儲存資料的保存獲得更大幅度的改善，順利化解SONOS資料無法長久保存的困境。
NOR Flash & NAND Flash
依據儲存程式或處理資料的不同應用，快閃記憶體(Flash)可分成NOR和NAND兩大主流技術。NOR的特點是將程式碼(Code)直接儲存在晶片內，可以高速隨機讀取程式碼，系統執行效率高，於小容量使用時，具有較高的成本效益，手機為主要應用。
NAND 因元件架構上與NOR不同，單元記憶胞(Cell)尺寸約為NOR的一半，不僅提供更高的記憶容量，同時兼具高速寫入資料的特性，但無法隨機讀取資料，必須依序列輸出，因此適合資料儲存(Data Storage)之應用，數位相機等需大量儲存影音資料為其最主要的市場，未來將可能取代機械式硬碟。
隨著消費者對可攜式電子產品內建記憶體容量及影音資料應用效能的要求愈趨嚴苛，快閃記憶體正面臨必須提供新技術以為因應的挑戰。
為突破Flash元件在微縮發展上的瓶頸，旺宏在NOR方面著手研發PCM的新興記憶體技術，對元件尺寸微縮至20奈米以下進行可行性研究；在NAND方面，旺宏則提出BE-SONOS的新元件概念，除減緩元件因微縮而面臨資料干擾的困境，且對數據無法長期保存的問題提出重大突破，更以該架構發展出3D堆疊記憶體元件，使大幅提升記憶容量的趨勢成為可能，可滿足消費者對於超高密度記憶體的無窮需求。
【旺宏與IBM及Qimonda發表之相變化記憶體】
轉載自IEDM網站：http://www.btbmarketing.com/iedm
Phase-Change Bridge Memory: Phase-change materials have both crystalline and non-crystalline states which can represent “0” or “1”, and it’s possible to toggle between them by applying a small reset current. Each state is stable and these materials lend themselves to non-volatile memories. There have been concerns over the reliability and manufacturability of phase-change memory devices, though. Researchers from the IBM/Qimonda/Macronix PCRAM Joint Project will describe a memory cell using a promising phase-change material, doped germanium antimonide (GeSb). It required a reset current of less than 100 µA and showed rapid change between states, good data retention and cycle life, and relative temperature insensitivity.
The device consists of a 20-nm to 200-nm-wide bridge of GeSb connecting two underlying electrodes. The bridge width is defined lithographically, but its height is defined by the GeSb layer’s thickness, thus enabling designers to use atomic layer deposition as well as lithographic techniques to scale the device. The researchers say that with a 3-nm-high bridge, the memory device could scale to a cross-sectional area of just 60 nm2.
The image at left is a SEM image of an ultra-thin memory test cell fabricated for proof-of-principle evaluation. The drawing at right shows an integration scheme for the phase-change memory cell.
(Paper #30.3, “Ultra-Thin Phase-Change Bridge Memory Device Using GeSb,” Y. Chen et al, IBM/Qimonda/Macronix PCRAM Joint Project)
【旺宏入選IEDM之五篇論文】
