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    最新一代存儲器eMRAM強勢出擊

    2017-07-19 10:57:28

    2017年在VLSI-TSA研討會上Globalfoundries對如何解決eMRAM未來將更廣泛應用在汽車MCU和SoC上所面臨的挑戰發表了論文。
     
    今年年底和2018年之前已相繼有幾家代工廠公開宣布產磁阻式隨機存取存儲器(Magnetoresistive Random Access Memory;MRAM)的計劃,而最近一家代工廠更是為廣大客戶普及了未來如何通過MRAM為嵌入式應用大幅提升數據保存。
     
    日本最新舉行的“2017年國際超大集成電路(VLSI)技術、系統和應用研討會”(VLSI-TSA)上,Globalfoundries在其發表研究論文就Everspin Technologies隨嵌入式MRAM (eMRAM)轉向22nm制程節點的進展進行討論。
     
    Globalfoundries其研究論文重點的突破在eMRAM可在攝氏260度下經由回流焊保存數據、持續十多年維持攝氏125度,以及在攝氏125度具有卓越讀/寫耐用性的能力。這也是Globalfoundries嵌入式存儲器副總裁Dave Eggleston在會議上所強調的重點,eMRAM的這個特性對于應用于通用微控制器(MCU)和汽車SoC至關重要,一直以來大家對MRAM這種存儲器的認識是“磁性層一直缺乏熱穩定度,如果這個eMRAM數據保存的問題得以解決,那必將可以應用于更廣泛的市場。
     
    Eggleston認可MRAM在應用中展現非揮發性、高可靠性以及可制造性的特性,但對于MRAM在在微縮至2x nm節點以及相容嵌入式存儲器的后段制程(BEOL)溫度時所面臨的挑戰感到擔憂,而eMRAM如文中所描述,磁穿隧接面(magnetic tunnel junction;MTJ)堆疊和整合可在攝氏400度、60分鐘的MTJ圖案化熱預算時最佳化,并相容于CMOS BEOL制程。
     
    目前有三家主要代工廠選擇了Globalfoundries的制程開發套件(PDK)進行設計產品。早幾年就有晶圓設備制造商看好并投入這個領域,他們認為eMRAM具有充分的市場潛力,可以用于MTJ的沉積與蝕刻。已經有不少工廠與像Everspin或Globalfoundries等公司共同合作投資開發產品。
     
     
    正因為MRAM強化其架構已有相當多的MCU客戶在對其該特性進行認真的研究如何利用,更快的寫入速度和更高的耐用性是MRAM在以往其他使用靜態隨機存取存儲器(SRAM)的應用而開始使用嵌入式MRAM最大的感受,以電路的簡單性和制造成本來看嵌入式MRAM2x nm節點正是技術的所在。
     
                                           
     
    GlobalfoundriesMTJ堆疊和整合已在攝氏400度、60分鐘MTJ圖案化熱預算時最佳化,并相容于CMOS BEOL制程
     
    從市場機會來說eMRAM與現在大多數的存儲器技術來說并沒有太多的差異,
    出現了像包括移動性、聯網、數據中心、物聯網(IoT)以及汽車等的新的市場,而對于eMRAM來說物聯網與汽車市場更重要。
     
    目前普遍使用的嵌入式存儲器主要是嵌入式快閃存儲器(eFlash),但市場上也存在各種存儲器的選擇,除了eMRAM以外,也有嵌入式電阻RAM(eRRAM)、相變存儲器(PCM)、鐵電場效電晶體(FeFET)和碳納米管(CNT) 等。但無論選擇哪種存儲器,都需要在數據保存、效率與速度方面取的平衡,CNT和FeFET均展現發展潛力,但還不夠成熟,而PCM則適用于特定應用,而無法廣泛用于嵌入式應用。
     
    MRAM和RRAM都是后段校準的存儲器,所以在功能上有些類似,也因此能更易于應用于邏輯制程中。可用的制程技術包括需要大型芯片、FinFET或FD-SOI的制程,eFlash可內建于芯片之中,但如果要建置于各種不同的技術中將更具挑戰性。
     
    在Eggleston看來RRAM的堆疊比MRAM更簡單,所以電極之間用的材料比較少,而且不像MRAM需要投入一些設備。MRAM由于堆疊比較復雜,確實需要投資更多的設備以便生產,另一點是,RRAM無法提供滿足更廣泛市場所要求的數據保存、速度以及耐用度等能力。
     
    MRAM相比RRAM在性能上勝出在于其多功能性,MRAM的材料組成可以在電極之間加以調整,這種可調整的能力能在先進節點跨足以往采用eFlash的領域或是支援更快的寫入速度與耐用性,也可以進行調整,使其具有更好的數據保存能力,使其得以作為非揮發性快取,用于伺服器處理器與儲存控制器中。
     
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