最大限度提高STT-MRAM IP的制造产量

宇芯电子

Everspin公司在磁存储器设计制造和交付到相关应用中的知识和经验在半导体行业中是独一无二的。Everspin拥有超过600多项有效专利和申请的知识产权，在平面和垂直磁隧道结（MTJ）STT-MRAM位单元的开发方面均处于市场领先地位。本篇文章everspin代理宇芯电子要介绍的是如何最大限度提高STT-MRAM IP的制造产量。

铸造厂需要传统的CMOS制造中不使用的新设备，例如离子束蚀刻，同时提高MTJ位单元的可靠性，以支持某些应用所需的大（1Mbit〜256Mbit）存储器阵列密度。

尽管STT-MRAM技术具有足够的耐久性和读/写等待时间，但对工艺变化的敏感性可能会导致可靠性问题。MTJ位单元的缺点之一是读取窗口小，即高阻状态和低阻状态之间的差异通常仅为2-3倍。结果感测MTJ位单元的值比sram位单元困难得多。

STT切换是一个随机过程。这意味着减少写电流可提高能效，但会增加写错误的可能性，并降低良率。为了达到可接受的良率并保持现场可靠性，设计人员需要实施复杂的ECC解决方案。仅依靠冗余元素（例如额外的行或列）会导致较高的面积开销，并降低MRAM的密度优势。因此与传统的CMOS存储器技术不同，ECC和冗余机制的组合是克服MRAM的独特随机性和工艺变化相关制造挑战的最佳方法。

ECC数学表明，要达到一定的芯片故障率（CFR），代工厂必须达到的存储器位故障率（BFR）在更大的阵列尺寸下变得越来越严格。假设对于64Mb存储器阵列大小存在随机缺陷，针对最严格的汽车ASIL-D级别（相当于SoC级别FIT率为10）的应用程序至少需要DECTED（双错误纠正，三错误检测）级别的ECC，如今，MTJ位单元的代工厂所能达到的BFR水平。虽然ECC方案可以更加宽松（例如SECDED-单错误纠正，双错误检测）以用于消费类应用和/或较小的阵列尺寸，但是较大的阵列尺寸将需要更加复杂的ECC机制来满足可接受的有缺陷零件的总体水平最终用户的每百万（DPPM）。

可纠正错误的类型/ ECC方案	封存	决定
一个软错误或一个硬错误	是	是
两个硬错误	没有	是
一个软错误和一个硬错误	没有	是
两个软错误	没有	是

表1：ECC方案比较

为了最大程度地提高制造良率，存储器BIST解决方案必须在存储器阵列中利用额外的冗余元件，并提供复杂的ECC解决方案（支持DECTED）以保护芯片上更大的MRAM。

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STT切换是一个随机过程。这意味着减少写电流可提高能效，但会增加写错误的可能性，并降低良率。为了达到可接受的良率并保持现场可靠性，设计人员需要实施复杂的ECC解决方案。