在所有不断涌现的存储器中，MRAM似乎最有可能被广泛采用。而这种情况是否会很快发生，既取决于制造工艺的进步，也取决于支持分立和嵌入式MRAM器件技术的生态系统的改善。
在所有不断涌现的存储器中，MRAM似乎最有可能被广泛采用。而这种情况是否会很快发生，既取决于制造工艺的进步，也取决于支持分立和嵌入式MRAM器件技术的生态系统的改善。
据Objective Analysis和Coughlin Associates发表的最新年度报告《Emerging Memories Ramp Up》显示，MRAM、PCRAM和ReRAM已经发展到了一个关键期，较之以往，在更多应用中表现的十分重要。然而，该报告的作者之一Thomas Coughlin表示，从工艺和材料角度来看，MRAM也面临一系列制造业上的挑战，因为它所使用的材料和工艺和传统的CMOS制造不同。
“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。”他说，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。
Coughlin说，除了将MRAM进一步纳入制造链外，它和其它半导体制造工艺一样，质量控制和产量提高将是持续的挑战和机遇，而所有大型半导体代工厂都将MRAM内存作为嵌入式产品的一个选项，这一点非常重要。“通过将MRAM集成到其嵌入式产品中，并将MRAM作为常规器件引入大批量生产流程，产量和质量问题将会得到解决，专门用于生产MRAM的独有工具也将变得更加常见，并更多地嵌入到代工生产中。这样就能降低成本，并增加可用性。”
设备制造商之一应用材料(Applied Materials)最近宣布了其平台的更新，专门解决MRAM所特有的挑战，包括对新材料的需求。该公司已经将Endura平台从一个单一工艺系统发展成为一个集成的工艺系统，作为其新兴内存（包括MRAM）材料工程基础的一部分。
Applied Materials扩展其Endura平台，来应对MRAM制造带来的材料沉积挑战（来源：Applied Materials）
Applied Materials的金属沉积产品副总裁Kevin Moraes称，MRAM面临的最大制造挑战与堆叠的复杂性和所需的层数有关——超过30层。“之所以相当复杂，是因为不同的层有多种用途。”从根本上来说，MRAM基本上是由小而窄的磁铁组成的，因此需要不受任何外部磁场影响的磁性材料来保持一定的方向（包括底部参考层）。
Moraes表示，这种堆叠也有一些材料方面以及用作阻挡层或种子层的多个层，然后是极薄的MgO层，这是制作隧道结的固有层，也是MRAM堆叠的核心。“但是因为这个阻挡层非常薄，所以也有可能会轻易崩溃，”他说道，“需要很完美才行。它需要有很多层、很多材料保护的能力。你得确保这种精度以便准确地沉积正确的厚度。”
Spin Memory的业务开发高级副总裁Jeff Lewis称，Applied Materials已经与Endura达成共识，沉积质量对于MRAM器件本身的性能来说至关重要，并且通常来说，代工厂已经构建好了一系列工具，确保MRAM能够投入生产。他说，这有助于创造一个环境，让企业可以专门为人工智能和物联网(IoT)应用来设计MRAM器件，其持久性、电源门控和电源管理非常关键。“MRAM有一些独特的功能特性。”
Lewis称，这些独特功能可以让MRAM替换现有内存，比如SRAM，或者共同创建新的用例。Spin Memory正在设法使MRAM尽可能地和SRAM相像，二者的价值定位相同，但是在相同的占位面积内，MRAM能提供三到四倍多的内存，而且不会有SRAM带来的任何泄漏情况出现。然而，不断改进材料非常重要，Spin Memory正在采用一种适用于任何磁隧道结的电路级方法，他说，这种方法能让其在耐久性方面得到重大改进，从而提高性能。
Everspin公司生产的MRAM有两种类型——切换MRAM和STT MRAM。STT MRAM需要控制器启用或FPGA，该公司也一直在通过其伙伴关系发展其生态系统。（来源：Everspin）
与此同时，Everspin全球销售副总裁Troy Winslow表示， 该公司与GlobalFoundries有着悠久的合作历史，而且十多年来，通过不断改进，对其工厂进行微调优化。“这让我们能迅速积累并将这些经验传授给GlobalFoundries。”该公司生产的MRAM有两种类型——切换MRAM和STT MRAM，后者需要控制器启用或FPGA。
“我们会继续发展我们的生态系统，来支持STT市场，并提供简单、快速的上市实施计划，从而让市场采用我们的工艺技术。”
在2019年的闪存峰会上，Everspin公布了和几个合作伙伴的合作情况：Phison Electronics和Sage Microelectronics将为其1 Gb STT-MRAM内存提供本地支持，而Cadence Design Systems将为Everspin的1 Gb STT-MRAM提供DDR4设计IP和验证IP (VIP)支持。这些合作将使系统设计人员可以选择使用标准控制器，利用FPGA设计或构建自己的SoC / ASIC，从而在产品中使用STT-MRAM。
Coughlin称，支持MRAM的生态系统，能够有助于降低成本。“拥有能够管理包含MRAM器件的第三方控制器，将有助于更多的公司参与在其系统中使用MRAM，从而提高MRAM的总体产量和需求，并降低MRAM存储器的成本。”他认为，MRAM的最大潜能是在嵌入式应用方面。“将MRAM移植到嵌入式应用中，将迫使代工厂将MRAM制造转移到传统的CMOS器件制造中。这虽然带来了挑战，但也为MRAM的成本降低及其普及带来了巨大的机遇。”
尽管价格会影响采用何种内存，Winslow称，如果稍微溢价导致总体拥有成本降低，MRAM并不一定要比现有内存便宜。他认为，MRAM会遵循SSD的发展原则，SSD比硬盘驱动器昂贵得多，但是能够创造一个新市场，也是因为它们能够在某些应用中具有特别的价值。“我们的客户会逐渐看到，其价值不在于成本，这是一个总拥有成本的价值诉求。他们能够清楚地说明并证明，支付比现有技术更高的价格来购买MRAM是合理的。”
本文为《电子工程专辑》11月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
责编：Yvonne Geng
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