中国科学院微电子研究所新型铪基铁电存储器芯片亮相ISSCC 2023

近日，中国科学院微电子所刘明院士科研团队研制设计的新型铪基铁电存储器芯片在集成电路设计领域最高级别会议2023年 IEEE International Solid-State Circuits Conference（ISSCC）上亮相。 

高性能嵌入式非易失性存储器（eNVM）在消费电子、自动驾驶汽车、工业控制和物联网边缘设备等领域的SOC芯片中需求非常大。铁电存储器（FeRAM）具有高可靠性、超低功耗、高速等优点，广泛应用于需要实时大量数据记录、频繁数据读写、低功耗工作以及嵌入式SoC/SiP产品中。基于PZT材料的铁电存储器已实现大规模量产，但因其材料与CMOS工艺不兼容、难以微缩，导致传统铁电存储器发展进程受到严重阻碍，且嵌入式集成需要单独的产线支持，难以大规模推广。新型铪基铁电存储器的可微缩特性和其与CMOS工艺兼容的优点，使其成为学术界和工业界共同关心的研究热点，铪基铁电存储器已被视为下一代新型存储器重要的发展方向。当前，铪基铁电存储器的研究仍然存在单元可靠性不够、具有完整外围电路的芯片设计缺失、芯片级的性能需进一步验证等问题，限制了其在eNVM中的应用。 

针对嵌入式铪基铁电存储器面临的挑战，微电子所刘明院士团队基于与CMOS兼容的铪基铁电存储器大规模集成平台，在国际上首次设计实现了Mb量级FeRAM测试芯片，成功完成HZO铁电电容在130nm CMOS工艺的大规模集成，提出ECC辅助的温度感知写驱动电路和失调偏移自动消除灵敏放大电路设计方法，实现了10¹²循环耐久性以及7ns写入和5ns读取时间，均为目前已报道的最好水平。 

基于该成果的论文 “A 9-Mb HZO-based Embedded FeRAM with 10¹²-Cycle Endurance and 5/7ns Read/Write using ECC-Assisted Data Refresh and Offset-Canceled Sense Amplifier”入选ISSCC 2023，同时芯片入选ISSCC Demo Session在大会展示。微电子所杨建国副研究员为论文第一作者，刘明院士为通讯作者。 

相关工作得到国家自然科学基金委、科技部国家重点研发计划、中国科学院B类先导专项等项目的支持。 

9Mb 铪基FeRAM芯片照片以及芯片性能测试