Globalfoundries的MTJ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，並相容於CMOS BEOL製程
繼幾家代工廠公開宣佈計劃在今年年底和2018年之前投產磁阻式隨機存取記憶體(Magnetoresistive Random Access Memory；MRAM)後，最近一家代工廠描述了如何透過MRAM為嵌入式應用大幅提升資料保存的能力。
在最近於日本舉行的「2017年國際超大積體電路(VLSI)技術、系統和應用研討會」(VLSI-TSA)上，Globalfoundries在發表研究論文時討論了Everspin Technologies隨嵌入式MRAM (eMRAM)轉向22nm製程節點的進展。
Globalfoundries嵌入式記憶體副總裁Dave Eggleston表示，文中強調的重點突破是eMRAM可在攝氏260度下經由回流焊保存資料、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。這將使eMRAM能夠用於通用微控制器(MCU)和汽車SoC。他說：「磁性層一直缺乏熱穩定度。因此，如果資料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在先前的技術節點展現了非揮發性、高可靠性以及可製造性，但在微縮至2x nm節點以及相容嵌入式記憶體的後段製程(BEOL)溫度時開始面臨挑戰。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圖案化熱預算時最佳化，並相容於CMOS BEOL製程。
Eggleston表示，三家主要的代工廠都推出了採用該技術的產品，客戶並選擇了Globalfoundries的製程開發套件(PDK)進行設計。主要的晶圓設備製造商從幾年前開始投入這個領域，因為他們認為它具有充份的商業潛力，因此該工具可用於MTJ的沉積與蝕刻。Eggleston說：「他們已經與像我們這樣的大型晶圓廠以及像Everspin等小型公司聯手，共同投資與開發產品。」
同時，MCU客戶開始認真地研究如何利用MRAM強化其架構。Eggleston說：「他們實現了更快的寫入速度，也具有更高的耐用性。」這讓他們能在以往可能使用靜態隨機存取記憶體(SRAM)的應用開始使用嵌入式MRAM。他並指出，以電路的簡單性和製造成本來看，2x nm節點正是該技術的甜蜜點。
eMRAM的市場機會和其他新興與現有的記憶體技術並沒有太大的不同：新的大量市場包括行動性、連網、資料中心、物聯網(IoT)以及汽車等。Eggleston指出，對於Globalfoundries來說，物聯網與汽車市場更重要。「我們曾經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，我們在汽車領取得了更大的成長動能。」
嵌入式快閃記憶體(eFlash)一直是目前普遍使用的嵌入式記憶體，但因應市場需求存在多種新興的記憶體選擇。除了eMRAM以外，還有相變記憶體(PCM)、嵌入式電阻RAM(eRRAM)、碳奈米管(CNT)和鐵電場效電晶體(FeFET)等。Eggleston指出，無論是哪一種選擇，都必須在資料保存、效率與速度方面權衡。CNT和FeFET均展現發展潛力，但還不夠成熟，而PCM則適用於特定應用，而無法廣泛用於嵌入式應用。
Eggleston說：「MRAM和RRAM具有類似的功能，二者都是後段校準的記憶體，因而能更易於落實於邏輯製程中。」可用的製程技術包括需要大型晶片、FD-SOI或FinFET的製程。他並表示，eFlash可內建於晶片之中，但如果要建置於各種不同的技術中將更具挑戰性。
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：「而且它並不需要像MRAM一樣的設備投資。MRAM由於堆疊較複雜，確實需要一些資本設備投資。」然而，他指出，RRAM無法提供滿足更廣泛市場所要求的資料保存、速度以及耐用度等能力。
Eggleston說，MRAM較RRAM勝出之處在於其多功能性，因為它的材料組成可在電極之間加以調整。「你可以為其進行調整，使其具有更好的資料保存能力，或是支援更快的寫入速度與耐用性。」他並補充說，這種可調整的能力讓Globalfoundries能在先進節點跨足以往採用eFlash的領域，也可以調整其速度，使其得以作為非揮發性快取，用於伺服器處理器與儲存控制器中。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Embedded MRAM Can Take the Heat，by Gary Hilson)
Source:EETimes
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