2017年在VLSI-TSA研討會(huì)上Globalfoundries對如何解決eMRAM未來將更廣泛應(yīng)用在汽車MCU和SoC上所面臨的挑戰(zhàn)發(fā)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(chǎn)磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Magnetoresistive Random Access Memory；MRAM)的計(jì)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(yīng)用大幅提升數(shù)據(jù)保存。
 
日本最新舉行的“2017年國際超大集成電路(VLSI)技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用研討會(huì)”(VLSI-TSA)上，Globalfoundries在其發(fā)表研究論文就Everspin Technologies隨嵌入式MRAM (eMRAM)轉(zhuǎn)向22nm制程節(jié)點(diǎn)的進(jìn)展進(jìn)行討論。
 
Globalfoundries其研究論文重點(diǎn)的突破在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。這也是Globalfoundries嵌入式存儲(chǔ)器副總裁Dave Eggleston在會(huì)議上所強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)，eMRAM的這個(gè)特性對于應(yīng)用于通用微控制器(MCU)和汽車SoC至關(guān)重要，一直以來大家對MRAM這種存儲(chǔ)器的認(rèn)識(shí)是“磁性層一直缺乏熱穩(wěn)定度，如果這個(gè)eMRAM數(shù)據(jù)保存的問題得以解決,那必將可以應(yīng)用于更廣泛的市場。
 
Eggleston認(rèn)可MRAM在應(yīng)用中展現(xiàn)非揮發(fā)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(jié)點(diǎn)以及相容嵌入式存儲(chǔ)器的后段制程(BEOL)溫度時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)感到擔(dān)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(yù)算時(shí)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(fā)套件(PDK)進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)品。早幾年就有晶圓設(shè)備制造商看好并投入這個(gè)領(lǐng)域，他們認(rèn)為eMRAM具有充分的市場潛力，可以用于MTJ的沉積與蝕刻。已經(jīng)有不少工廠與像Everspin或Globalfoundries等公司共同合作投資開發(fā)產(chǎn)品。
 
 
正因?yàn)镸RAM強(qiáng)化其架構(gòu)已有相當(dāng)多的MCU客戶在對其該特性進(jìn)行認(rèn)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(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的應(yīng)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(jié)點(diǎn)正是技術(shù)的所在。
 
                                       
 
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(shí)最佳化，并相容于CMOS BEOL制程
 
從市場機(jī)會(huì)來說eMRAM與現(xiàn)在大多數(shù)的存儲(chǔ)器技術(shù)來說并沒有太多的差異，
出現(xiàn)了像包括移動(dòng)性、聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)以及汽車等的新的市場，而對于eMRAM來說物聯(lián)網(wǎng)與汽車市場更重要。
 
目前普遍使用的嵌入式存儲(chǔ)器主要是嵌入式快閃存儲(chǔ)器(eFlash)，但市場上也存在各種存儲(chǔ)器的選擇，除了eMRAM以外，也有嵌入式電阻RAM(eRRAM)、相變存儲(chǔ)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(chǔ)器，都需要在數(shù)據(jù)保存、效率與速度方面取的平衡，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。
 
MRAM和RRAM都是后段校準(zhǔn)的存儲(chǔ)器，所以在功能上有些類似，也因此能更易于應(yīng)用于邏輯制程中。可用的制程技術(shù)包括需要大型芯片、FinFET或FD-SOI的制程，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。
 
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(shè)備。MRAM由于堆疊比較復(fù)雜，確實(shí)需要投資更多的設(shè)備以便生產(chǎn)，另一點(diǎn)是，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。
 
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(diào)整，這種可調(diào)整的能力能在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)跨足以往采用eFlash的領(lǐng)域或是支援更快的寫入速度與耐用性，也可以進(jìn)行調(diào)整，使其具有更好的數(shù)據(jù)保存能力，使其得以作為非揮發(fā)性快取，用于伺服器處理器與儲(chǔ)存控制器中。