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三星发力MRAM

新型存储之MRAM资讯

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发表时间:2023-12-22 13:55作者:全球芯 | glochip.com来源:Netsol | MRAM | SRAM网址:http://glochip.com/news/
文章附图

三星晶圆代工论坛(SFF)2023 于 10 月 17 日在日本东京和 10 月 19 日在德国慕尼黑举行。SFF 是三星晶圆代工最大的年度盛会,三星在此与全球合作伙伴和客户分享其最新技术、业务战略和愿景。

  三星的 eMRAM 和 MRAM 目前都是下一代内存创新的核心,也是慕尼黑和东京 SFF 上重点展示的几项技术。自 2019 年 3 月基于 28 纳米(nm)全耗尽绝缘体硅(FD-SOI)工艺的 eMRAM 解决方案开始商业出货以来,该公司一直在提供闪存型 eMRAM 解决方案以及可用作工作存储器的非易失性 RAM(nvRAM)型 eMRAM。MRAM 是三星代工厂核心产品组合的核心,三星电子就此发表的学术论文对其能力范围进行了讨论。

  三星电子的核心 MRAM 技术:一篇强调 IEDM 的论文

  2022 年 12 月,三星在著名的微电子和纳米电子会议 IEEE 国际电子器件会议 (IEDM) 上发表了一篇题为 "面向非易失性 RAM 应用的全球最节能 MRAM 技术 "的论文。该论文介绍了基于三星 28 纳米和 14 纳米逻辑工艺节点的面向非易失性 RAM 的产品技术。作为对该论文所分享的杰出研究和突破性成果的认可,该论文被选为 IEDM 存储器类别的亮点论文。凭借这一认可,三星达到了一个新的里程碑。

  具体而言,增强型磁隧道结(MTJ)堆栈工艺技术大幅降低了写入错误率(WER)。此外,MTJ 还从以前的 28 纳米节点提升到 14 纳米 FinFET 工艺,实现了 33% 的面积缩放。这种芯片级尺寸允许在同一晶圆上生产更多芯片,从而产生更多的净芯片。此外,它还使读取周期时间缩短了 2.6 倍1 ,16Mb 的封装尺寸也缩小到了 30 平方毫米,是目前业界最小的商用尺寸。该解决方案在 -25°C 温度条件下可提供超过 1E142 个周期的近乎无限的耐用性。不过,最重要的成就可能还是同类最佳的能效,在 54MB/s 带宽条件下,主动读取和写入功耗分别为 14mW 和 27mW。

  三星电子的 MRAM 创新:提高开关效率和 MTJ 扩展

  上述 2022 年论文报告了三星电子 eMRAM 的两大新成就:开关效率提高和 MTJ 扩展。

  开关效率是衡量 eMRAM 性能的关键指标。下图显示了与 MTJ 堆栈 A 至 C4 的 WER 有关的各种测量结果。如图所示,与堆栈 A 相比,堆栈 C 对延迟读取元稳定(DRM)WER 的抑制高达两个数量级,且不会对保持率产生负面影响。此外,在 8Mb 阵列上重复进行的单位 WER 测试结果表明,芯片中的 WER 分布降低了 20%。通过应用 MTJ 堆栈工程,可以验证 WER 达到个位数 ppb5 水平。

  eMRAM 的第二大成就是改进了 MTJ 扩展。在 eMRAM 架构中,由于开关电流与 MTJ 位面积成正比,因此有必要减小 MTJ 的尺寸,以降低每个位的写入能量。然而,在 MTJ 缩放过程中,由于单元电阻的增加和变化,耐久性和读取裕度都会下降。在创新和独创性方面,三星的研究团队对隧道势垒工艺进行了重大改进 ,将电阻面积减少了 25%,短故障率降低了 2.75 倍。与闪存型 eMRAM 相比,通过将 MTJ 的尺寸缩小 25%,降低了 NVM 型 eMRAM 的有源写入电流,同时还确保了 MTJ 尺寸控制所需的足够制造余量。

  扩展 eMRAM 产品组合:目标是到 2026 年实现 8 纳米制程,到 2027 年实现 5 纳米制程

  MTJ 在后端(BEOL)金属布线工艺之间形成,不会影响逻辑基线,从而使 MRAM 能够在 MTJ 工艺变化最小的情况下缩减到 FinFET 节点。利用这一优势,三星正在从 28 纳米 eMRAM 技术升级到 14 纳米 FinFET 工艺。这种 14 纳米 eMRAM 目前正在开发中,符合 AEC-Q1007 Grade 1 标准--汽车半导体可靠性测试的全球标准。目标是在 2024 年之前完成开发。

  在欧洲举行的 SFF 2023 会议上,三星宣布了其引领下一代汽车技术的愿景,并披露了其开发业界首个 5 纳米 eMRAM 的计划。除了到 2024 年推出 14 纳米 eMRAM 之外,该公司还计划到 2026 年和 2027 年分别推出 8 纳米和 5 纳米 eMRAM,进一步扩大其 eMRAM 产品组合。与 14 纳米工艺相比,8 纳米 eMRAM 的密度预计将提高 30%,速度提高 33%。

  本系列的下一篇文章将探讨 eMRAM 的技术方面,这项内存技术有望引领电动汽车和自动驾驶汽车时代的到来。


文章分类: MRAM
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