Samsungの埋め込みMRAMをソニーのGPSレシーバーLSIが搭載：福田昭のストレージ通信（196） アナリストが語る不揮発性メモリの最新動向（23）

今回は、Samsung Electronicsが開発した埋め込みMRAM技術の製品化事例を報告する。具体的には、Huaweiのスマートウォッチ「GT2」に搭載されているソニーセミコンダクタソリューションズのGPSレシーバーIC「CXD5605」に、SamsungのMRAMマクロが内蔵されていることが明らかになった。

[福田昭，EE Times Japan]

28nm世代のFD-SOIロジックと互換の埋め込みMRAM

　フラッシュメモリとその応用に関する世界最大のイベント「フラッシュメモリサミット（FMS：Flash Memory Summit）」が2020年11月10日〜12日に開催された。FMSは2019年まで、毎年8月上旬あるいは8月中旬に米国カリフォルニア州サンタクララで実施されてきた。COVID-19（新型コロナウイルス感染症）の世界的な大流行（パンデミック）による影響で、2020年のFMS（FMS 2020）は開催時期が3カ月ほど延期されるとともに、バーチャルイベントとして開催された。

　FMSは数多くの講演と、展示会で構成される。その中で、フラッシュメモリを含めた不揮発性メモリとストレージの動向に関するセッション「C-9: Flash Technology Advances Lead to New Storage Capabilities」が興味深かった。このセッションは4件の講演があり、その中でアナリストによる3件の講演が特に参考になったので、講演の概要をご紹介する。

　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。

　本シリーズの第10回から、技術調査会社TechInsightsでシニア技術フェローをつとめるJeodong Choe氏が「Technology Trend：NAND ＆ Emerging Memory（NANDフラッシュメモリと次世代メモリの技術動向）」と題して講演した内容を説明してきた。前々回（第21回）から、代表的な次世代メモリである磁気抵抗メモリ（MRAM）の製品化事例を解説している。前々回はMRAM開発ベンチャーのAvalanche Technologyが開発したスピン注入型磁気抵抗メモリ（STT-MRAM）を米国ルネサスが販売している事例を取り上げた。続いて前回（第22回）は、MRAM開発ベンチャーのEverspin Technologiesが開発してきた3世代のMRAM技術を解説した。

講演のアウトライン。3D NANDフラッシュの開発ロードマップと要素技術、次世代メモリと埋め込みメモリの開発ロードマップなどを解説する。出典：FMS 2020の講演「Technology Trend：NAND ＆ Emerging Memory」の配布資料（クリックで拡大）

　今回は、半導体メモリ大手メーカーのSamsung Electronics（以降はSamsungと表記）が開発した埋め込みMRAM技術の製品化事例をご報告する。SamsungはSoC（System on a Chip）やマイクロコントローラー（マイコン）などの埋め込みフラッシュメモリ（eFLASH）を置き換えることを想定した埋め込みMRAM（eMRAM）技術を開発してきた。2019年3月には、28nm世代のFD-SOI CMOSロジックと互換のeMRAMマクロの量産を始めたと公式に発表している（参考記事：「Samsung、28nm FD-SOIプロセス適用のeMRAMを出荷へ」）。

磁気トンネル接合（MTJ）を第6層と第7層の配線間に作り込む

　技術調査会社TechInsightsは、中国Huaweiのスマートウォッチ「GT2」を分解してソニーセミコンダクタソリューションズのGPSレシーバーLSI（GNSS受信LSI）「CXD5605」を取り出し、シリコンダイを分析した。Choe氏は講演で、「CXD5605」のシリコンダイはSamsungが28nm世代のFD-SOI CMOSロジック技術によって製造しており、Samsungが提供した埋め込みMRAM（eMRAM）マクロを内蔵していることを明らかにした。

Huaweiのスマートウォッチ「GT2」からソニーのGPSレシーバーIC（GNSS受信LSI）「CXD5605」を取り出し、シリコンダイを分析した結果。Samsungが28nm世代のFD-SOI CMOS技術で製造した。8MビットのSTT-MRAMマクロを内蔵している。左側の2枚はシリコンダイの撮影画像、中央の2枚はMRAMマクロの断面を電子顕微鏡で観察した画像。右側は磁気トンネル接合（MTJ）の構造図。出典：FMS 2020の講演「Technology Trend：NAND ＆ Emerging Memory」の配布資料（クリックで拡大）

　eMRAMの記憶容量は8Mビットである。メモリセルは1個のセル選択用MOSFETと1個の磁気トンネル接合（MTJ）で構成する。「1T1R」と呼ばれる標準的なメモリセルだ。MTJは第6層金属配線（M6）と第7層金属配線（M7）の間に作り込んだ。MTJの層数は上下電極層を除くと12層とかなり多い。メモリセル面積は0.0361μm²（190nm角）とあまり小さくはない。磁気記録方式はスピン注入と垂直磁気記録の組み合わせ（pSTT方式）である。

　GPSレシーバーLSI「CXD5605」のシリコンダイに占めるeMRAMマクロの割合は10.7％。eMRAMマクロの面積は4mm×0.114mmである。ここから逆算すると「CXD5605」のシリコンダイ面積は4.26mm²（正方形の場合は2.064mm角）となり、かなり小さい。製造技術は28nm世代のFD-SOI CMOSロジック技術と11層の金属配線（10層の銅配線と1層のアルミニウム配線）技術である。シリコンダイの製造はSamsungが担当した。製造歩留まりは2020年上半期の時点で97％以上とかなり高い。なおソニーの「CXD5605」に関する製品仕様では、動作温度範囲は−40℃〜＋85℃となっている。

（次回に続く）

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