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(jī)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(jìn)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?jǐn)z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(jìn)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(rèn)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。”
同時，MCU客戶開始認(rèn)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(jī)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(jī)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。“我們曾經(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。”
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Γ€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(zhǔn)的存儲器，因而能更易于落實于邏輯制程中。”可用的制程技術(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。”然而，他指出，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(jìn)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。”他并補充說，這種可調(diào)整的能力讓Globalfoundries能在先進(jìn)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。