在28nm晶片製程節點的嵌入式非揮發性記憶體競賽上,自旋力矩轉移磁阻式隨機存取記憶體(STT-MRAM)正居於領先的位置。

比利時研究機構IMEC記憶體部門總監Arnaud Furnemont指出,雖然電阻式隨機存取記憶體(ReRAM)和相變記憶體(PCM)等其他類型的記憶器也都有其支持者,但這些記憶體都存在著微縮的問題,而難以因應28nm CMOS製程的要求。

28nm平面CMOS節點可望具有更長的壽命,以因應更多的「超越摩爾定律」(More-than-Moore)的發展,但要達到這一理想,必須選擇非揮發性記憶體,畢竟,快閃記憶體並不能有效地微縮。

目前有大量的材料系統正競相成為ReRAM的基礎,但其中大部份都是以導體交叉點的導電絲形成與斷裂為基礎。其中,至少在實現大型陣列以因應獨立式記憶體導線絲ReRAM無法微縮時可能就會出現問題。Furnemont表示:「由於你總是使用單導線絲,而它需要大約100mA才足以實現穩定度。因此,當你微縮交叉點時,功耗並不會降低。」

雖然在材料系統之間的確切電流各不相同,然而,隨著陣列尺寸增加,功耗也會隨著陣列中的位元單位數增加而提高。

IMEC深入研究了氧化鉿和氧化鉭ReRAM。Furnemont指出,ReRAM可望在20nm實現,但由於無法微縮而需要進行昂貴的工程,因而可能只適用於單一節點。「或許可用於嵌入式系統,但並不適用於獨立式記憶體,」Furnemont表示。

PCM則可作為仍圍繞原始導電絲周圍形成的記憶體替代方案,但這涉及了材料體積的熱導相變。材料體積的大小與電流似乎可微縮使其成為更有發展前景的選項;Furnemont甚至認為它有機會微縮至10nm。

Furnemont更看好MRAM在28nm上的應用,一部份原因在其其更具有經濟效益;因為它可以只多用3個光罩來實現。此外,它還相容於CMOS電壓機制,而且不需要任何的電荷泵。

雖然MRAM基本上可在線路的後端加以打造,但必須透過電晶體驅動,使其能以「自由區域」(area-free)加以建置。

「Everspin目前正出貨平面STT-MRAM。而接下來將會朝向垂直記憶體的發展趨勢,」Furnemont表示。Globalfoundries目前正為Everspin進行代工。

編譯:Susan Hong

(參考原文:MRAM Seen Leading Embedded Non-Vol Memory Race,by Peter Clarke)