eMRAM: Bereit zum Aufbruch!

von: Dave Eggleston

In letzter Zeit gab es viele Nachrichten über eingebettete MRAM (eMRAM), und das aus gutem Grund. Die Technologie entwickelt sich rasch von der Forschung und Entwicklung zur Kommerzialisierung bei mehreren Foundries und wird nun auch von Chipdesignern übernommen. GLOBALFOUNDRIES hat soeben die Verfügbarkeit seines 22FDX® 22nm FD-SOI eMRAM für System-on-Chip (SoC)-Entwickler bekannt gegeben und PDKs, Standardmakros und MPWs für das Prototyping von Kunden freigegeben. Mit der für Ende 2018 erwarteten Risikoproduktion von GF und anderen Foundries entwickelt sich MRAM zu einem großen Technologie- und Marktstörfaktor, der eingebettetes Flash ersetzen und SRAM in MCUs und SoCs für Automobil-, IoT-, Verbraucher- und Industriesysteme ergänzen könnte. In naher Zukunft werden auch FinFET-Prozesse mit eMRAM auftauchen, die neue Möglichkeiten für künftige Speicher-, Netzwerk- und Rechenzentrumssysteme bieten.

Aufgeladene Leistung

Die MRAM-Technologie befindet sich seit Jahrzehnten in der Entwicklung - parallel zu verschiedenen anderen nichtflüchtigen Speichern wie RRAM, Phase Change, Carbon Nanotubes und Ferroelectric - und in letzter Zeit hat eMRAM eindeutig die Führungsposition unter allen aufkommenden eingebetteten Speichertechnologien übernommen. Warum? eMRAM bietet SoC-Designern ganz erhebliche Leistungsvorteile:

• Very fast write speeds (<200ns)
• Extrem hohe Ausdauer (~10E8 Zyklen)
• Betrieb ab Logik-Vcc (keine Hochspannungspumpen erforderlich)
• Niedriger Energieverbrauch beim Schreiben (10x niedriger als eFlash)
• Kein statisches Leck in der Bitzelle (0 pA gegenüber >50pA für eine SRAM-Bitzelle)

In Verbindung mit den Leistungsvorteilen verfügt eMRAM im Vergleich zu anderen aufkommenden NVM-Optionen über einen deutlich höheren technologischen Reifegrad:

• Gut verstandene Physik des Magnetismus
• Einfacher, kontrollierbarer Schaltmechanismus (kein Umformen oder stufenweises Schreiben erforderlich)
• Geringes Auftreten von Einzelbitausfällen
• Demonstration von Multi-Mb-Arrays bei sub-28nm
• Erzielung hoher Erträge bei hervorragender Zuverlässigkeit
• Vollständige Integration in fortschrittliche Produktionsprozesse foundry

eMRAM bietet gleichzeitig Bitdichte, Geschwindigkeit und Ausdauer, gepaart mit niedrigem Stromverbrauch und Nichtflüchtigkeit. Die kombinierten Vorteile der überlegenen Leistung und der technologischen Reife von eMRAM sind Schlüsselfaktoren für die Entscheidung der Kunden von foundry , eMRAM für ihre Sub-28nm-Produkte zu verwenden.

Auf den Straßen unterwegs

eMRAM bietet gleichzeitig Bitdichte, Geschwindigkeit und Ausdauer, gepaart mit niedrigem Stromverbrauch und Nichtflüchtigkeit. Die kombinierten Vorteile der überlegenen Leistung und der technologischen Reife von eMRAM sind Schlüsselfaktoren für die Entscheidung der Kunden von foundry , eMRAM für ihre Sub-28nm-Produkte zu verwenden.

In der Vergangenheit wurde eMRAM nicht als reif für die Kommerzialisierung angesehen, da es mehrere Hindernisse bei der Herstellung und Zuverlässigkeit gab: die Komplexität des Materials, die schlechte Datenspeicherung bei hohen Temperaturen, die Anfälligkeit für externe Magnetfelder und schließlich die schwierige und teure Herstellung.

Es sind schwierige Herausforderungen zu bewältigen, aber um den Sprung von einer unzuverlässigen zu einer zuverlässigen Technologie zu schaffen, hat sich die Branche direkt mit den Problemen der Materialien und der Fertigungskomplexität befasst. Im Rahmen dieser Bemühungen haben die großen Hersteller von Fertigungsanlagen zusammen mit den Gießereien Pionierarbeit bei der Entwicklung von eMRAM-spezifischen PVD- und Ätzanlagen geleistet, die einen Durchsatz von 20 Wafern pro Stunde erreichen, was wettbewerbsfähige Herstellungskosten ermöglicht.

Darüber hinaus hat GF die Zuverlässigkeit von eMRAM durch die Modifizierung der magnetischen Materialien verbessert, um eine hervorragende Datenspeicherung und magnetische Immunität zu gewährleisten:

• Weniger als 10ppm Bitfehlerrate durch 260°C Löt-Reflow
• 15 Jahre Datenerhalt bei 125°C
• Mehr als 1000 Oe magnetische Immunität

Mit anderen Worten: Viele der früheren Hindernisse für die Kommerzialisierung von eMRAM sind jetzt überwunden - durch die gemeinsamen Anstrengungen der Foundries und der großen Hersteller von Fertigungsanlagen, eMRAM zuverlässig und herstellbar zu machen.

Erhöhen Sie die "Killer-Combo"

Angesichts dieser neuen Fortschritte in Bezug auf Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit haben sich für eMRAM nun Marktchancen für große Stückzahlen eröffnet. Die Marktchancen werden mit der breiten Vermarktung von vollständig verarmtem Silizium-auf-Isolator (FD-SOI) als Substrat noch größer.

eMRAM auf FD-SOI vereint die besten Fähigkeiten seiner Klasse und stellt eine unwiderstehliche "Killer-Kombination" im Vergleich zu anderen Bulk-Silizium-Angeboten dar. Im Gegensatz zu eFlash, das in das Silizium eingebaut ist, wird das magnetische Element von eMRAM in den Metallschichten aufgebaut, so dass es einfacher in einen Logikprozess wie FD-SOI implementiert werden kann, ohne Auswirkungen auf FEOL-Transistoren. Darüber hinaus steigert eMRAM durch seine höhere Ausdauer und schnellere Schreibgeschwindigkeit die SoC-Leistung, und die niedrige Schreibenergie reduziert den Stromverbrauch um mehr als 80 Prozent (im Vergleich zu 28nm Bulk-Silizium mit eFlash).

Insbesondere die branchenführende 22FDX eMRAM-Plattform von GF bietet eine hervorragende Skalierung, herausragende RF-IP, extrem niedrige Leckraten, Power Island Control - und (endlich!) eMRAM-Makros mit eFlash- oder SRAM-Schnittstellen. Die Vielseitigkeit des 22FDX eMRAM von GF ermöglicht zum ersten Mal hocheffiziente Speichersubsysteme, die ohne Zeit- oder Energieverluste betrieben werden können und sich daher für ein breites Spektrum von Anwendungen eignen.

eMRAM ist endlich da: SoC-Entwickler können von der überragenden Leistung und technologischen Reife des 22FDX eMRAM von GF profitieren, der sich durch hervorragende Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit auszeichnet.

Entwerfen Sie noch heute Ihr Killer-Produkt mit der 22FDX "Killer Combo" von GF!

Um die 22FDX- und Embedded-Speicherangebote von GF zu testen:

• Kurzdarstellung der Embedded-Memory-Technologie von GF
• GF's VLSI Symposium Technisches Papier über eMRAM für GP-MCU-Anwendungen
• IMW-Fachbeitrag von GF über eFlash für Automotive-MCUs
• GF's 22FDX Technologie-Kurzbeschreibung