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IBM與英飛凌發佈共同開發的0.18微米MRAM記憶體原型

上網時間 : 2003年07月26日

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在2003年VLSI技術研討會上，IBM與英飛凌公司的合作研發團隊發佈了磁阻RAM(MRAM)陣列的原型，這顯示出MRAM技術獲得重要的發展動力。該MRAM聯盟總監A.R. Sitaram展示了兩款均採用0.18微米製程的測試晶片。這是採用0.18微米設計規則和標準邏輯製程製作的MRAM原型首次公開亮相。此前，在MRAM開發方面居於領先的摩托羅拉公司曾發佈過一款4Mb MRAM。


不過，MRAM儲存單元的尺寸能否迅速縮小因而使之具有競爭力依然是個問題。128kb的原型陣列每個儲存單元面積是1.4平方微米，與目前三種主流的記憶體─快閃記憶體、SRAM或者DRAM相較，新元件要大得多。


然而，作為一種非揮發性記憶體，IBM與英飛凌的MRAM據稱具有極優的性能，其存取時間僅為5奈秒，寫脈衝也是5奈秒。Sitaram表示，MRAM的儲存持久性至少比快閃記憶體技術高兩個數量級。但他承認，MRAM記憶體寫一個單元需要6毫安電流，這仍然偏高。雙方的合作團隊正研究改善交換層厚度的方法以減少功耗。“如果我們不知道如何改善功耗和單元尺寸，我們就不會開發MRAM，”Sitaram說。


日立公司的一位經理：MRAM需要一個磁層。IBM和英飛凌使用被隧道絕緣層隔開的鉑錳材料充當磁層。"> Kimura指出，縮小尺寸是個巨大的挑戰。目前為止，已公佈的最小MRAM單元尺寸是0.6平方微米，而Kimura認為，MRAM製造商需要將尺寸縮小到約0.1平方微米才能成功。


相較之下，六電晶體SRAM單元在採用90奈米製程時大約是1平方微米。在VLSI研討會上，東芝和SanDisk公司公佈了一款採用90奈秒製程的NAND型快閃記憶體單元，其尺寸僅為0.041平方微米。此外，東芝的工程師還介紹了一種採用65奈米技術、尺寸為0.11平方微米的DRAM單元。


不過，一位在T.J.Watson研究中心工作的IBM工程師Tak Ning表示，MRAM的速度是如此之快，以至於IBM認為它可以用來取代在伺服器中的SRAM。IBM堅信，如果MRAM能夠在單元尺寸和速度上擊敗SRAM，那麼MRAM將在伺服器領域贏得立足點，並逐漸進入低成本應用。英飛凌則瞄準了不同的目標應用，包括汽車IC，在此領域MRAM的可靠性和持久性將是關鍵因素。


IBM和英飛凌宣佈，他們將在位於法國的合資公司Altis Semiconductor集中製造MRAM記憶體。這家合資公司為MRAM產品開發提供了一座使用銅互連的現代化邏輯製程晶圓廠。

英飛凌的Sitaram在VLSI研討會上透露，IBM－英飛凌合作團隊採用反應式離子蝕刻來定義磁性隧道連結(MTJ)，而以往一些技術使用的是離子研磨(ion milling)方式，這令很多與會者感到驚訝。合作團隊使用改進的商業噴鍍設備來沈積超薄磁層和絕緣層。約12埃厚的鉑錳磁層與氧化鋁絕緣層必須極其均勻地塗佈在整個200mm晶圓的表面上。


MRAM的一項挑戰是如何在開關一個MTJ時不造成相鄰位的極性‘翻轉’。IBM研發中心磁電小組的資深經理Bill Gallagher表示，IBM－英飛凌合作團隊已經能夠在2%的範圍內控制開關的臨界點。


在與英飛凌合作的同時，IBM還有兩個並行的MRAM開發計畫。一項在日本京都進行的研究工作將一個電晶體與一個MTJ相匹配，瞄準的是嵌入式記憶體應用。這種1T/1MTJ方法對開關速度進行了最佳化。


第二種方法是零電晶體，旨在用MRAM來替代快閃記憶體，瞄準的是獨立的大容量儲存應用。據Gallagher介紹，這種方法又被稱為交叉點架構，它使用字元(word)線和位元(bit)線來控制對單個儲存單元的存取。零電晶體方案能夠堆疊多個MTJ，達到兩倍於1T/1MTJ方法的密度。“我們能夠垂直堆疊2到4個、甚至6到8個MTJ，這取決於我們怎樣利用這種方法，”Gallagher說。但他把這種交叉點技術描述為第二代技術，並稱它不是那麼容易實現的。


作者：來大偉

posted by C.H. Chen @ 12:01 AM