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MRAM能否维持高价取决于生态系统和制造工艺创新

时间:2019-11-27 作者:Gary Hilson 阅读:
在所有不断涌现的存储器中,MRAM似乎最有可能被广泛采用。而这种情况是否会很快发生,既取决于制造工艺的进步,也取决于支持分立和嵌入式MRAM器件技术的生态系统的改善。
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在所有不断涌现的存储器中,MRAM似乎最有可能被广泛采用。而这种情况是否会很快发生,既取决于制造工艺的进步,也取决于支持分立和嵌入式MRAM器件技术的生态系统的改善。

据Objective Analysis和Coughlin Associates发表的最新年度报告《Emerging Memories Ramp Up》显示,MRAM、PCRAM和ReRAM已经发展到了一个关键期,较之以往,在更多应用中表现的十分重要。然而,该报告的作者之一Thomas Coughlin表示,从工艺和材料角度来看,MRAM也面临一系列制造业上的挑战,因为它所使用的材料和工艺和传统的CMOS制造不同。

“目前,MRAM是在单独的晶圆厂作为“后端生产线”(BEOL)工艺来生产的,需要一些传统CMOS制造工艺没有使用的新设备,诸如离子束蚀刻和新的溅射靶之类。”他说,要想降低嵌入式MRAM产品的成本,其制造就需要进入CMOS晶圆厂,成为常规器件生产的一部分。

Coughlin说,除了将MRAM进一步纳入制造链外,它和其它半导体制造工艺一样,质量控制和产量提高将是持续的挑战和机遇,而所有大型半导体代工厂都将MRAM内存作为嵌入式产品的一个选项,这一点非常重要。“通过将MRAM集成到其嵌入式产品中,并将MRAM作为常规器件引入大批量生产流程,产量和质量问题将会得到解决,专门用于生产MRAM的独有工具也将变得更加常见,并更多地嵌入到代工生产中。这样就能降低成本,并增加可用性。”

设备制造商之一应用材料(Applied Materials)最近宣布了其平台的更新,专门解决MRAM所特有的挑战,包括对新材料的需求。该公司已经将Endura平台从一个单一工艺系统发展成为一个集成的工艺系统,作为其新兴内存(包括MRAM)材料工程基础的一部分。

Applied Materials扩展其Endura平台,来应对MRAM制造带来的材料沉积挑战(来源:Applied Materials)

Applied Materials的金属沉积产品副总裁Kevin Moraes称,MRAM面临的最大制造挑战与堆叠的复杂性和所需的层数有关——超过30层。“之所以相当复杂,是因为不同的层有多种用途。”从根本上来说,MRAM基本上是由小而窄的磁铁组成的,因此需要不受任何外部磁场影响的磁性材料来保持一定的方向(包括底部参考层)。

Moraes表示,这种堆叠也有一些材料方面以及用作阻挡层或种子层的多个层,然后是极薄的MgO层,这是制作隧道结的固有层,也是MRAM堆叠的核心。“但是因为这个阻挡层非常薄,所以也有可能会轻易崩溃,”他说道,“需要很完美才行。它需要有很多层、很多材料保护的能力。你得确保这种精度以便准确地沉积正确的厚度。”

Spin Memory的业务开发高级副总裁Jeff Lewis称,Applied Materials已经与Endura达成共识,沉积质量对于MRAM器件本身的性能来说至关重要,并且通常来说,代工厂已经构建好了一系列工具,确保MRAM能够投入生产。他说,这有助于创造一个环境,让企业可以专门为人工智能和物联网(IoT)应用来设计MRAM器件,其持久性、电源门控和电源管理非常关键。“MRAM有一些独特的功能特性。”

Lewis称,这些独特功能可以让MRAM替换现有内存,比如SRAM,或者共同创建新的用例。Spin Memory正在设法使MRAM尽可能地和SRAM相像,二者的价值定位相同,但是在相同的占位面积内,MRAM能提供三到四倍多的内存,而且不会有SRAM带来的任何泄漏情况出现。然而,不断改进材料非常重要,Spin Memory正在采用一种适用于任何磁隧道结的电路级方法,他说,这种方法能让其在耐久性方面得到重大改进,从而提高性能。

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Everspin公司生产的MRAM有两种类型——切换MRAM和STT MRAM。STT MRAM需要控制器启用或FPGA,该公司也一直在通过其伙伴关系发展其生态系统。(来源:Everspin)

与此同时,Everspin全球销售副总裁Troy Winslow表示, 该公司与GlobalFoundries有着悠久的合作历史,而且十多年来,通过不断改进,对其工厂进行微调优化。“这让我们能迅速积累并将这些经验传授给GlobalFoundries。”该公司生产的MRAM有两种类型——切换MRAM和STT MRAM,后者需要控制器启用或FPGA。

“我们会继续发展我们的生态系统,来支持STT市场,并提供简单、快速的上市实施计划,从而让市场采用我们的工艺技术。”

在2019年的闪存峰会上,Everspin公布了和几个合作伙伴的合作情况:Phison Electronics和Sage Microelectronics将为其1 Gb STT-MRAM内存提供本地支持,而Cadence Design Systems将为Everspin的1 Gb STT-MRAM提供DDR4设计IP和验证IP (VIP)支持。这些合作将使系统设计人员可以选择使用标准控制器,利用FPGA设计或构建自己的SoC / ASIC,从而在产品中使用STT-MRAM。

Coughlin称,支持MRAM的生态系统,能够有助于降低成本。“拥有能够管理包含MRAM器件的第三方控制器,将有助于更多的公司参与在其系统中使用MRAM,从而提高MRAM的总体产量和需求,并降低MRAM存储器的成本。”他认为,MRAM的最大潜能是在嵌入式应用方面。“将MRAM移植到嵌入式应用中,将迫使代工厂将MRAM制造转移到传统的CMOS器件制造中。这虽然带来了挑战,但也为MRAM的成本降低及其普及带来了巨大的机遇。”

尽管价格会影响采用何种内存,Winslow称,如果稍微溢价导致总体拥有成本降低,MRAM并不一定要比现有内存便宜。他认为,MRAM会遵循SSD的发展原则,SSD比硬盘驱动器昂贵得多,但是能够创造一个新市场,也是因为它们能够在某些应用中具有特别的价值。“我们的客户会逐渐看到,其价值不在于成本,这是一个总拥有成本的价值诉求。他们能够清楚地说明并证明,支付比现有技术更高的价格来购买MRAM是合理的。”

本文为《电子工程专辑》11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅

责编:Yvonne Geng

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Gary Hilson
EE Times特约编辑。Gary Hilson是一位自由撰稿人和编辑,曾为北美地区的印刷和电子出版物撰写过大量稿件。 他感兴趣的领域包括软件、企业级和网络技术、基础研究和教育市场,以及可持续交通系统和社会新闻。 他的文章发表于Network Computing,InformationWeek,Computing Canada,Computer Dealer News,Toronto Business Times,Strategy Magazine和Ottawa Citizen。
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