從1999年起,非揮發(fā)性記憶體的市場需求就有突破性的成長,因為近幾年陸續(xù)出現(xiàn)如隨身碟、數(shù)位相機儲存卡、手機記憶體等相當(dāng)廣泛的應(yīng)用,創(chuàng)造出其他技術(shù)無法涵蓋的全新市場。目前主流的非揮發(fā)性記憶產(chǎn)品為快閃記憶體,但是現(xiàn)有的快閃記憶體元件架構(gòu)在65nm技術(shù)世代以後,將逐漸面臨物理極限的挑戰(zhàn),因而有「奈米晶粒之非揮發(fā)性記憶體」技術(shù)的開發(fā)?扉W記憶體也面臨諸多特性上的限制,例如操作速度太慢和操作周期不長等等。因此更有潛力的記憶體技術(shù)需要被進一步開發(fā),以滿足未來更廣大的記憶需求。
電阻式記憶體技術(shù)正是非揮發(fā)性記憶體新技術(shù)當(dāng)中相當(dāng)有潛力的新興技術(shù),近年來也受到國際半導(dǎo)體大廠和主要研究單位的關(guān)注。其原因在於電阻式記憶體的元件結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單;同時所采用的材料并不特殊,許多的半導(dǎo)體廠均有現(xiàn)成的制程能力;另外電阻式記憶體元件所需制程溫度不高,因此相當(dāng)容易與相關(guān)元件或電路制程相整合。工研院電光所奈米電子技術(shù)組在3年前便積極投入研發(fā)電阻式記憶體,最近獲得相當(dāng)大的技術(shù)突破。
電阻式記憶體的主要結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單,和一般電容器結(jié)構(gòu)極為相似,目前主要均是采用MIM(metal-insulator-metal)結(jié)構(gòu),如圖一所示。此結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體後段制程的整合困難度并不高,和電晶體元件(MOS)整合非常容易,所以相當(dāng)適合使用電晶體元件來操作記憶單元(memory cell)。此外,電阻式記憶體記憶單元的制程溫度并不高,因此與相關(guān)電路或其他元件容易整合在單一晶片上,也提高此技術(shù)的應(yīng)用價值。
電阻式記憶體的操作主要可分為三個步驟,分別為forming、set及reset。
Forming步驟