1M和1MB到底谁更大？别傻傻分不清！

UL 22nm STT-MRAM的特点及优势

台积电在ISSCC 2020上展示了其基于UL 22nm CMOS工艺的32Mb嵌入式STT-MRAM。这种MRAM拥有引人注目的性能特点，包括10ns的超高读取速度、高达1M次的写入耐久性、在150摄氏度下保持数据长达十年以上的能力，以及出色的抗磁场干扰性能。

STT-MRAM与闪存的对比

与传统的闪存相比，TC的嵌入式STT-MRAM具有明显的优势。闪存需要额外的掩模，只能在硅基板上实现，并且以页面模式写入。而STT-MRAM在后端金属层中实现，只需要较少的额外掩模，并且可以字节模式写入。

STT-MRAM的技术细节

该STT-MRAM基于台积电的22nm UL（Ultra-Low-Leakage）CMOS工艺平台。它以1T1R架构实现，单元面积仅为0.046平方微米。它支持在260C下进行90秒的IR回流焊，并且在低功耗待机模式下，每比特的漏电流极低。它采用带有感应放大器微调和1T4R参考单元的读取方案。

为了提高写操作的可靠性，采用了两列公共源极线（CSL）的阵列结构，以减小写电流路径上的寄生电阻。字线由电荷泵过驱动，以提供足够的开关电流用于写操作。为了减少对未选中的位线的电应力，未选择的位线被偏置在“写禁止电压”上。

MRAM的读取和写入操作

为了实现高速读取访问，MRAM采用了细粒度的电源门控电路。为了从低功耗待机模式快速唤醒，电源开关分为两步进行。为了感测MTJ的电阻，必须在读取期间将其两端的电压钳位到一个低值，以避免读取干扰。

为了满足在高温下的数据保留需求，MRAM的写入操作需要双向操作，并将MTJ开关电流增加到数百毫安。写入电压经过温度补偿，以确保在高温下的数据保留能力。

MRAM的数据可靠性

为了确保数据的高可靠性，MRAM还配备了具有标准JTAG接口的BIST模块，以实现自修复和自调节。为了实现较高的写入耐久性，TMC实施了智能写操作算法。这种算法实现了偏置设置和验证/重试时间，以实现较高的写入耐久性（> 1M循环）。实验证明，该MRAM在-40度至150度的温度下具有良好的数据保持能力。为了增强对磁场干扰的抵抗能力，封装上沉积了磁层。对于高密度应用，单元面积的优化也是一大亮点。产品规格紧凑，裸片照片显示了其先进的设计和制造工艺。关于一些图中的内容或结构细节存在一些疑惑和解读上的差异。因此需要在研发和设计过程中仔细考虑并进行进一步的澄清和调整以确保产品的性能和可靠性。总的来说台积电基于UL 22nm CMOS工艺的嵌入式STT-MRAM代表了业界最新的技术进步成果为提高各种应用的性能和能效提供了有力支持该技术在半导体市场上将具有广阔的应用前景和市场潜力。“免责声明：本文系原创内容对于内容中的观点半导体行业观察转载仅代表作者个人观点并不代表半导体行业观察对该观点的支持或赞同如有异议欢迎联系半导体行业观察关注获取更多行业资讯与动态。”