SOT-MRAM，中国公司实现关键突破_风闻

驰拓科技最新成果论文，引发专家热议

SOT-MRAM（自旋轨道矩磁性随机存取存储器）以其纳秒级写入速度和无限次擦写次数，是一种有望替代CPU各级缓存的高性能非易失存储技术，有望解决当前SRAM成本及静态功耗过高等问题。然而，SOT-MRAM在器件制造工艺上极具挑战性，特别是传统方案从原理上导致刻蚀良率低，严重制约了其大规模生产与应用。

2024年12月7日至11日，国际微电子领域顶级学术会议IEDM第70届年度会议在美国旧金山举行，三星、铠侠、欧洲微电子中心IMEC和来自中国大陆的浙江驰拓科技、北航、致真存储等单位均公开了各自在MRAM领域的最近技术进展。其中，浙江驰拓科技公司发布了一项突破性进展——“A novel Channel-less SOT-MRAM with 115% TMR, 2 ns Switching, and High Bit Yield (>99.9%)",《一种具有115% TMR（隧道磁电阻比）、2纳秒切换速度及高比特良率（>99.9%）的无轨道SOT-MRAM》，格外引入注目。

据了解，驰拓科技首次提出了适合大规模制造的无轨道垂直型SOT-MRAM器件结构 ，可显著降低SOT-MRAM工艺流程复杂性和难度，从原理上提升器件良率。该研究成果的发布，已引起众多业界专家关注。来自AVALANCHE 公司有着20年MRAM开发经验的领域技术权威Huai Yiming博士认为这个工作具有很高的产业化价值。来自中科院微电子所长期从事SOT-MRAM研究的杨美音研究员评论到，驰拓科技创新性地设计了一种“无写通路”的SOT存储器件，从根本上消除了写通路被刻蚀断的风险。这一设计使得在刻蚀过程中可以更加彻底地清理器件侧壁上的金属附着物，成功实现了超过99.9%的制造良率。这一成果不仅为SOT-MRAM的大规模生产与应用提供了新的可能，也为解决刻蚀工艺难题提供了新的思路和解决方案。华中科技大学蔡凯明教授表示，该项研究表明中国下一代MRAM器件可能取得重大进展，充分证实了浙江驰拓科技公司在第三代磁存储领域优越的制造能力和深厚的技术积累，并开始实现对国际相关研究机构的技术追赶和超越。其在领域内核心技术上取得突破，将为第三代MRAM产业发展奠定重要基础。

无扩展轨道层新型SOT-MRAM器件解读

驰拓科技发布的无扩展自旋轨道层垂直型SOT-MRAM器件结构，如下图所示。

传统方案

驰拓科技创新方案

该结构的关键创新在于将MTJ直接放置在两个底部电极之间，MTJ两侧与底部电极部分重叠。在进行MTJ刻蚀时，该结构不需要精确停止在厚度大约5 nm左右的轨道层表面，而是可以进行过刻蚀，从而大幅度增加了刻蚀窗口。此创新显著降低了刻蚀过程的难度，解决了传统工艺中对MTJ刻蚀精确控制的高要求问题。这一突破性设计使得在12英寸晶圆上，SOT-MRAM器件的位元良率从当前产业界的99.6%提升至超过99.9%（间接测试值已达到99.99%），这一良率水平基本达到了大规模制造所要求的门槛。同时，该器件实现了 2 纳秒的写入速度，超过 1 万亿次（10 的 12 次方，测量时间上限）的写入/擦除操作次数，器件具备持续微缩的潜力。论文中的多项指标处于国际前沿水平，标志着具备了Mb级SOT-MRAM演示芯片制造能力，为下一代高速、高密度、高可靠MRAM芯片的设计与制造奠定了坚实的技术基础。

**SOT-MRAM未来可能成为新型存储主流技术路线，**拥有巨大发展前景

SOT-MRAM技术自诞生以来仅约十年，但在器件验证和材料创新方面已取得显著进展。特别是新型无轨道SOT-MRAM器件结构的提出，进一步推动了其向工业化应用迈进。未来，随着材料科学、器件设计和制造技术的持续突破，SOT-MRAM有望逐步实现商用。作为SRAM存储器的有力竞争者，SOT-MRAM不仅可以应用于高性能嵌入式存储和缓存等传统领域，还将在存内计算、神经形态计算、随机计算等新兴领域展现出巨大的潜力。

关于浙江驰拓科技有限公司

浙江驰拓科技有限公司成立于2016年，是中国MRAM新型非易失存储芯片技术研发、生产制造的领军企业，官网显示其已实现多款STT-MRAM产品量产。

关于IEDM

IEDM（International Electron Devices Meeting）由电气电子工程师学会（IEEE）主办，是微电子器件领域最有影响力的学术会议，在国际半导体技术界享有崇高的学术地位和广泛的影响力，是国际半导体产业界各知名学术机构和企业报告其最新研究成果和技术突破的主要窗口和平台之一。

关于MRAM

磁性随机存取存储器(Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM)是一种非易失存储技术,它采用磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）作为存储单元，通过改变磁矩方向切换高低阻态，从而实现“0”和“1”的数据存储。与传统的电荷存储器（如DRAM和Flash）不同，MRAM无需依赖电荷保持数据，因而具备速度快、功耗低、重写次数多、抗辐射及恶劣环境能力强等显著优势。

近年来，自旋转移力矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM, Spin-Transfer Torque MRAM) 已实现商业化应用。STT-MRAM利用自旋转移矩效应，通过自旋极化电流改变磁性层的磁化方向来完成数据写入。目前，该技术已在智能物联、工业控制和车载电子等民用场景中展现出广阔的应用前景。

自旋轨道力矩磁性随机存取存储器(SOT-MRAM, Spin-Orbit Torque MRAM)是在STT-MRAM基础上的重要改进，它采用全新的写入机理——自旋轨道力矩效应，将写入速度从10-50纳秒缩短至2纳秒左右，同等工作条件功耗降低至原来的千分之一，可重写次数提升至无限次，但当前受制于位元良率低等关键问题，一直不具备产品化条件。