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性能寿命远超NAND,MRAM离大规模应用还有多久?

发布日期:2019-12-28 12:55 浏览次数:
       据韩媒报道,三星电子已经成功研发出有望替代嵌入式闪存存储器(eFlash)的嵌入式磁阻随机访问内存(eMRAM),容量为1Gb,测试芯片的良率已达90%。
       今年三月份三星电子宣布量产首款商用的eMRAM,容量为8Mb,报道称,两款产品均采用28nm FD-SOI(全耗尽型绝缘层上硅)成熟工艺。
NAND闪存堆叠已达100+,未来发展恐难避免瓶颈挟制,MRAM或成新一代存储介质?
       2013年,三星电子成功量产3D NAND Flash,经过从2D向3D转换的“青黄不接”之后,进入2018年,3D NAND产能大规模爆发,现在已经实现了128层NAND闪存量产。
       随着NAND堆叠层数的增加,对镀膜均匀性和蚀刻纵深比的要求越来越高,工艺越来越复杂将造成良率越来越低,产品成本将会随之增加。一旦成本增加到不足以支撑厂商在激烈的市场竞争中保持优势地位时,这种工艺就将要面临淘汰。
       MRAM是一种以电阻为存储方式结合非易失性及随机访问两种特性,可以兼做内存和硬盘的新型存储介质。写入速度可达NAND闪存的数千倍,此外,其制作工艺要求低,良品率高,可以很好的控制成本。在寿命方面,由于MRAM特殊的存储方式,产品的寿命耐久性也远超传统RAM。
       报道称,三星也正在改善1Gb MRAM寿命问题,除了支持10年的存储年限之外,在105℃也可完成1亿次读写,在85℃下则可增加至100亿次读写,在正常工作环境中,则有望达到1兆次读写。
各大原厂看好MRAM发展,大规模普及仍面临挑战
       除三星一直积极推进MRAM发展之外,英特尔也在今年上半年宣布已经做好eMRAM芯片大批量生产的准备。铠侠也相继发表多项MRAM相关专利,推动技术发展。
       毫无疑问,MRAM因其独特的存储方式在非易失性,写入速度,寿命等各方面均有优势,然而能否被广泛采用仍面临一系列挑战。
       一般来讲,MRAM通常由三大部分组成:半导体基底,磁自旋隧穿结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)和磁发生器。产业调研报告《Emerging Memories Ramp Up》显示,MRAM在广泛推广的过程中面临的重要挑战的原因是所使用的材料和工艺和传统的CMOS制造不同。
       报告称,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。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。
       Applied Materials金属沉积产品副总裁Kevin Moraes称,在MTJ结构中,是由存储层,隧道壁垒层和参考层等互相堆叠而成。这些堆叠材料中,有些作为阻挡作用薄膜层,这些阻挡层非常薄,很容易被破坏,因此如何精准的沉积这些薄膜也十分重要。
       报道称,三星透过提升MTJ结构的均一性,以减少阻抗值与记录电流偏差,改良制程,减少会对MTJ造成不良影响的缺陷密度,实现容量和良率的提升。
       此外,随着存储设备朝着高集成度方向发展,MRAM小型化发展也面临困难。
       目前,以MRAM为代表的新型存储已经发展到了关键阶段,能否成为取代NAND闪存的下一代存储介质除了材料和工艺的不断完善之外,构建完善的器件技术生态系统也是十分关键的。相信在市场需求的引导以及各大厂商的推动下,存储产品一定朝着性能更高,容量更大以及成本更优的方向发展。
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