为什么MRAM是如此有吸引力。
MRAM也逐渐吸引各种各样的设计作为一个中层类型的内存,但为什么花了这么长时间才给市场带来该内存。
一个典型的磁阻的内存架构是基于CoFeB磁层,采用隧道势垒。参考层应该零净磁化,以确保它不影响自由层的方向。典型的设计完成这两个子层,反向面向对方,反铁磁性的材料如钌。还可能需要额外的层顶部和底部之间的晶格匹配电极,磁层和隧道结。
Mahendra Pakala,董事总经理应用材料记忆组,解释说,完整的结构构成了实质性加工的挑战。许多组件的每一层需要angstrom-level晶体厚度和对齐的控制。
原子层沉积,而常用的介质氧化物等应用程序,在这里不合适。ALD前体倾向于留下氧,氢,或者两者兼有,污染产生的电影。ALD的电影也会通过个别岛屿的成核和扩展。相比之下,物理气相沉积(PVD)简单淋浴一层均匀的原子在晶片。应用材料的三叶草PVD室可以存款多达五种不同的材料在不破坏真空,Pakala说,而集成加热和冷却站在Endura平台促进结晶控制。
MRAM的吸引力的一部分,设备简单,可能允许嵌入他们的设计师back-end-of-line金属化的CMOS逻辑电路。在2017年的大规模存储系统和技术(MSST)会议上,TDK的吕克·托马斯解释说,这种结构只需要三个或四个额外的屏蔽层,每个内存元素叠加立即高于控制晶体管。
一个完整的集成方案需要超过层沉积,。在12月IEDM表示,研究人员从东北大学和东京电子检查一个完整的嵌入式的组件STT-MRAM集成的过程。组件材料很难被腐蚀,他们解释说,非易失性腐蚀产品。模式传输通常采用反应离子刻蚀和潜在的破坏性的磁层。氢腐蚀的气体会破坏采用障碍,而氮稳定与铁和硼氮化物。
他们发现了几个流程优化,包括另一个氢和化学物品腐蚀,使用气体脉冲移除蚀刻材料以一种受控制的方式。罪恶的低温沉积过程覆盖层减少氮源公司。这些改进,连同低损分别沉积过程,提高热稳定性的因素和他们的设备的转换效率的9倍,而交付7-nanosecond写速度1.8伏特
如上所述,BEOL退火也可以降低MRAM结构。根据MRAM设备放置的确切位置,他们可能不得不忍受几个小时温度高达400°C。这些温度会影响协议栈的结晶度,导致硼的迁移CoFeB层采用屏障。
新设备、新测试要求
mram代表的未知领域集成电路测试,使用磁行为控制电子的流动。这样,他们需要新的测试模式,同样重视磁特性和电行为。Hprobe,剥离SPINTEC研究实验室,正在开发一套磁检测设备流程中的所有步骤,从层沉积到最终的测试电路。
一般来说,制造商需要能够测量每个内存元素的响应作为磁场的大小和角度各不相同。这些测量曾经使用超导磁体。然而,根据Hprobe CTO Siamak Salimy,超导体介绍振动所需的制冷设备和电气噪声,当磁铁本身需要时间来改变自己的方向。测试成本是一个线性函数的测试时间,和该公司认为开关速度的3 d气冷式磁场发生器是一个重大优势。
测量未成形的磁层和堆栈一样,该公司正在开发一个测试人员基于磁光克尔效应(笨人)。相关的法拉第效应,是指改变光线传播通过磁性材料,光克尔效应描述变化反映磁性材料。入射激光束的行为反映的MRAM栈应用磁场变化不同。笨人测试可以确定方向,个人强制字段和热稳定性层或合并后的堆栈。Salimy指出,如果磁层不会调整自己的磁场,他们不会电子开关。
第二个工具,还在开发中,将初始化的参考层内存数组,确保所有元素使用相同的“零”状态。这时,一个最近宣布参数测试仪特征的热稳定性和临界电流的设备。这些值取决于过程的可变性。因此,TDK的吕克·托马斯解释说,这些设备在内存数组将临界电流的分布值。每个设备都有一个切换概率在给定电流脉冲。对于整个数组,写电流需要足够大的开关最顽固的记忆元素,没有超过数组的击穿电压最弱的隧穿势垒。这两个值之间的差距越大,设备可能会越可靠。
最后,Hprobe的功能测试步骤确认,在预期的操作条件下,数组的行为作为设计师的意图。为汽车和物联网特别是应用程序,包括确保环境磁场和温度变化不降低内存性能。
结论
潜在的控制铁磁交换通过电子自旋被内维尔莫特在1936年首次提出,并于1968年由Albert Fert实验证明。1988年,巨磁电阻效应的发现了自旋电子学领域及其应用在磁性媒体。
不过,可切换的磁存储器(mram)证明更具挑战性,几乎放弃了自旋转矩观测前的行为在2000年代早期。在过去的几年里,STT-MRAM设备似乎已经达到了临界点。商业产品和专用设备开始出现。
因此STT-MRAMs“普世记忆”这一行业需要吗?也许吧。
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不错的文章。我喜欢“也许”
谢谢凯瑟琳为一个优秀的调查文章。目前的工业景观特性许多选项和这将是有趣的,看看这些内存选项部署在接下来的几年,特别是MRAM和ReRam之间的辩论。