東京大學,科學技術振興機構(JST)

令和3年6月1日

東京大學
科學技術振興機構(JST)

低電圧かつ長壽命のハフニア系強誘電體メモリを開発

~半導體不揮発性メモリの低消費電力と信頼性の飛躍的向上~

ポイント

東京大學 大學院工學系研究科 電気系工學専攻の田原 建人 大學院生、Kasidit Toprasertpong(トープラサートポン?カシディット) 講師、竹中 充 教授、高木 信一 教授は、JST 戦略的創造研究推進事業のもと、富士通セミコンダクターメモリソリューション株式會社との共同研究により、極めて低い動作電圧かつ長壽命の強誘電體メモリの開発に成功しました。

IT技術に欠かせないコンピューターの低消費電力化や人工知能計算の高効率化に向けて、情報を記憶する不揮発性メモリの一層の高度化が強く求められています。特に、動作電圧の低減、データ書き換え回數の向上、データ保持時間の増大、BEOLといわれる半導體製造の配線工程中での作製が可能、という要求を満たすメモリが望まれています。

本共同研究において、酸化ハフニウム系強誘電體材料を、4ナノメートルまで薄くしても十分な強誘電體特性が得られる技術を確立することで、0.7ボルト~1.2ボルトの低い電圧でデータの読み書きができるようになり、最先端の大規模集積回路と同等の電圧で動作できることを明らかにしました。この低動作電圧に加えて、酸化ハフニウムという半導體製造プロセスに容易に組み込める強誘電體材料を用いていること、半導體大規模集積回路の配線工程で許される溫度範囲で作製できること、反転分極量が実用化上十分に大きいこと、データの書き換え回數を100兆回程度まで伸ばすことができること、1度書き込んだデータを10年以上記憶できることなど、不揮発性メモリとして必要な性能が全て備わった、優れた強誘電體メモリセルの実現に初めて成功しました。

本研究成果は、不揮発性メモリ技術の新たな展開をもたらし、集積回路への混載メモリなどに適用することにより、人工知能技術への応用など今後期待される次世代コンピューティングの技術革新を促進していくことが期待されます。

本研究成果は、2021年6月1日(日本時間)に國際會議Symposia on VLSI Technology and Circuitsで発行される「Technical Digest」に掲載されます。

本研究成果は、主として、以下の事業?研究領域?研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)

「情報擔體を活用した集積デバイス?システム」(研究総括:平本 俊郎 東京大學生産技術研究所 教授)
「強誘電體分極と電荷の相互作用を利用した新デバイス?システム」
高木 信一(東京大學 大學院工學系研究科 教授)

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Strategy toward HZO BEOL-FeRAM with low-voltage operation (≤ 1.2 V), low process temperature, and high endurance by thickness scaling”

<お問い合わせ先>

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