Globalfoundries在2017年VLSI-TSA研討會上發(fā)表論文,，介紹如何解決eMRAM面臨的挑戰(zhàn),，使其更廣泛地適用于汽車MCU和SoC應(yīng)用。
繼幾家代工廠公開宣布計劃在今年年底和2018年之前投產(chǎn)磁阻式隨機存取存儲器(Magnetoresistive Random Access Memory,；MRAM)后,，最近一家代工廠描述了如何通過MRAM為嵌入式應(yīng)用大幅提升數(shù)據(jù)保存的能力。
在最近于日本舉行的“2017年國際超大集成電路(VLSI)技術(shù),、系統(tǒng)和應(yīng)用研討會”(VLSI-TSA)上,，Globalfoundries在發(fā)表研究論文時討論了Everspin Technologies隨嵌入式MRAM (eMRAM)轉(zhuǎn)向22nm制程節(jié)點的進展。
Globalfoundries嵌入式存儲器副總裁Dave Eggleston表示,，文中強調(diào)的重點突破是eMRAM可在攝氏260度下經(jīng)由回流焊保存數(shù)據(jù),、持續(xù)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,。這將使eMRAM能夠用于通用微控制器(MCU)和汽車SoC,。他說：“磁性層一直缺乏熱穩(wěn)定度。因此,，如果數(shù)據(jù)保存的問題得以解決,，就能開啟更廣泛的市場,。”
Eggleston表示,，雖然MRAM在先前的技術(shù)節(jié)點展現(xiàn)了非揮發(fā)性,、高可靠性以及可制造性,，但在微縮至2x nm節(jié)點以及相容嵌入式存儲器的后段制程(BEOL)溫度時開始面臨挑戰(zhàn),。如文中所述，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(yù)算時最佳化，并相容于CMOS BEOL制程,。
Eggleston表示,，三家主要的代工廠都推出了采用該技術(shù)的產(chǎn)品，客戶并選擇了Globalfoundries的制程開發(fā)套件(PDK)進行設(shè)計,。主要的晶圓設(shè)備制造商從幾年前開始投入這個領(lǐng)域,，因為他們認為它具有充份的商業(yè)潛力，因此該工具可用于MTJ的沉積與蝕刻,。Eggleston說：“他們已經(jīng)與像我們這樣的大型晶圓廠以及像Everspin等小型公司聯(lián)手,，共同投資與開發(fā)產(chǎn)品?！?/p>
同時,，MCU客戶開始認真地研究如何利用MRAM強化其架構(gòu)。Eggleston說：“他們實現(xiàn)了更快的寫入速度,，也具有更高的耐用性,。”這讓他們能在以往可能使用靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的應(yīng)用開始使用嵌入式MRAM,。他并指出,，以電路的簡單性和制造成本來看，2x nm節(jié)點正是該技術(shù)的甜蜜點,。
Globalfoundries的MTJ堆疊和整合已在攝氏400度,、60分鐘MTJ圖案化熱預(yù)算時最佳化，并相容于CMOS BEOL制程
eMRAM的市場機會和其他新興與現(xiàn)有的存儲器技術(shù)并沒有太大的不同：新的大量市場包括移動性,、聯(lián)網(wǎng),、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)以及汽車等,。Eggleston指出,，對于Globalfoundries來說，物聯(lián)網(wǎng)與汽車市場更重要,?！拔覀冊?jīng)說過這兩大市場在很大程度上是相同的,，但作為一家代工廠，我們在汽車領(lǐng)取得了更大的成長動能,?！?/p>
嵌入式快閃存儲器(eFlash)一直是目前普遍使用的嵌入式存儲器，但因應(yīng)市場需求存在多種新興的存儲器選擇,。除了eMRAM以外,，還有相變存儲器(PCM)、嵌入式電阻RAM(eRRAM),、碳納米管(CNT)和鐵電場效電晶體(FeFET)等,。Eggleston指出，無論是哪一種選擇,，都必須在數(shù)據(jù)保存,、效率與速度方面權(quán)衡。CNT和FeFET均展現(xiàn)發(fā)展?jié)摿?，但還不夠成熟,，而PCM則適用于特定應(yīng)用，而無法廣泛用于嵌入式應(yīng)用,。
Eggleston說：“MRAM和RRAM具有類似的功能,，二者都是后段校準的存儲器，因而能更易于落實于邏輯制程中,?！笨捎玫闹瞥碳夹g(shù)包括需要大型芯片、FD-SOI或FinFET的制程,。他并表示,，eFlash可內(nèi)建于芯片之中，但如果要建置于各種不同的技術(shù)中將更具挑戰(zhàn)性,。
Eggleston說,，RRAM的堆疊更簡單，因為在電極之間所需的材料較少,。他說：“而且它并不需要像MRAM一樣的設(shè)備投資,。MRAM由于堆疊較復(fù)雜，確實需要一些資本設(shè)備投資,?！比欢赋?，RRAM無法提供滿足更廣泛市場所要求的數(shù)據(jù)保存,、速度以及耐用度等能力。
Eggleston說，MRAM較RRAM勝出之處在于其多功能性,，因為它的材料組成可在電極之間加以調(diào)整,。“你可以為其進行調(diào)整,，使其具有更好的數(shù)據(jù)保存能力,，或是支援更快的寫入速度與耐用性?！彼⒀a充說,，這種可調(diào)整的能力讓Globalfoundries能在先進節(jié)點跨足以往采用eFlash的領(lǐng)域，也可以調(diào)整其速度,，使其得以作為非揮發(fā)性快取,，用于伺服器處理器與儲存控制器中,。