磁気トンネル接合（MTJ）におけるSRAM代替用とフラッシュ代替用の違い：福田昭のストレージ通信（108） GFが語る埋め込みメモリと埋め込みMRAM（8）（1/2 ページ）

SRAM代替用MRAMとフラッシュメモリ代替用MRAMでは、磁気トンネル接合（MTJ）の特性がどのように異なるのだろうか。

[福田昭，EE Times Japan]

MTJの異方性磁界（Hk）がMRAMのデータ保持期間を左右

　半導体デバイス技術に関する国際会議「IEDM」では、カンファレンスの前日に「ショートコース（Short Course）」と呼ぶ1日間のセミナーを開催している。2017年12月に開催されたIEDMでは、「Memories for the future: device, technologies, and architecture（将来に向けたメモリデバイスの技術とアーキテクチャ）」と題したショートコースが開催された。このショートコースでは6本の技術講座が午前から午後にかけて実施された。

　その中から、埋め込みメモリ技術（CMOSロジックとメモリを同じシリコンダイに混載する技術）に関する講座「Embedded MRAM Technology for IoT & Automotive（IoTと自動車に向けた埋め込みMRAM技術）」が興味深かったので、その概要をシリーズでお届けしている。講演者はシリコンファウンダリー（半導体製造請負サービス企業）大手のGLOBALFOUNDRIESでeNVMフェローをつとめるDanny P. Shum氏である。

　なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

　前回は、多層配線の製造工程に磁気トンネル接合（MTJ：Magnetic Tunneling Junction）の製造プロセスを組み込むことで、どのようなことがMTJに要求されるのかを説明した。今回は、SRAM代替用MRAMとフラッシュメモリ代替用MRAMでは、磁気トンネル接合（MTJ）の特性がどのように違うのかを解説する。

　本稿では、SRAM代替用MRAMのMTJを「スタックA（Stack-A）」、フラッシュメモリ代替用MRAMのMTJを「スタックB（Stack-B）」と呼んで区別する。スタックAとスタックBではまず、データを書き換え可能な回数が違う。スタックAが多く、スタックBが少ない。一方でデータを保持する期間は、スタックAが短く、スタックBが長い。

　このことは磁気トンネル接合（MTJ）の異方性磁界（Hk）の大きさに関係する。ここで異方性磁界とは、磁化の方向をそろえるために必要な磁界の大きさである。異方性磁界が大きいと磁気モーメント（磁化）の方向が変動しにくくなり、データ保持期間が長くなる。従ってスタックBのMTJは異方性磁界（Hk）を高くする。一方でHkが高いとデータの書き換え（磁化反転）が難しくなる。そこでスタックAのMTJはHkをやや低くする。

磁気トンネル接合（MTJ）スタックの異方性磁界（Hk）の大きさ。SRAM代替用MRAMのスタックAではHkがやや低く、フラッシュメモリ代替用MRAMのスタックBではHkが高い。出典：GLOBALFOUNDRIES（クリックで拡大）