2xnm技術で試作した40Mビット埋め込みMRAM（前編）：福田昭のストレージ通信（109） GFが語る埋め込みメモリと埋め込みMRAM（9）（2/2 ページ）

2xnm世代のCMOSロジック製造技術によって記憶容量が40Mビット（5Mバイト）の埋め込みMRAMマクロを試作した結果を、前後編で報告する。前編では、高温動作での読み出し電圧マージンの確保と、低温動作での書き込み電圧マージンの維持について紹介する。

[福田昭，EE Times Japan]

125℃の高温動作でも読み出し電圧マージンを確保

　試作した埋め込みMRAMのMTJには、SRAM代替用MTJ「スタックA（Stack-A）」と、フラッシュメモリ代替用MTJ「スタックB（Stack-B）」がある。読み出しアクセス時間を、スタックAの埋め込みMRAMで測定した。シュムープロット（条件を変化させて動作が正常か不良かをプロットしたマップ）で読み出し特性を説明しよう。

　最初は温度条件を変化させた読み出し動作のシュムープロットである。125℃の高温条件、25℃の室温条件、-40℃の低温条件の3通りのプロットを示した。温度補償回路はオフにし、2ビットの誤り訂正回路（ECC回路）をオンにした。プロットの縦軸は読み出し電圧（単位は任意）、横軸はアクセス時間（ナノ秒）である。

　基本的な傾向としては、アクセス時間が短くなると、正常に読み出せる電圧範囲（電圧マージン）が狭くなる。そして室温と低温に比べると、高温で電圧マージンがより狭くなる。ただし設計仕様であるアクセス時間が20ナノ秒〜25ナノ秒の範囲では、いずれの温度条件でも、一定範囲の電圧マージンが確保できている。

温度条件を変化させたときの読み出し動作におけるシュムープロット。緑色はパス（正常）、赤色はフェイル（不良）を意味する。縦軸は読み出し電圧（単位は任意）、横軸はアクセス時間（ナノ秒）。25ナノ秒〜12.5ナノ秒までの範囲を表示している。出典：GLOBALFOUNDRIES（クリックで拡大）

−40℃の低温動作でも書き込み電圧マージンを維持

　続いてはスタックAの埋め込みMRAMに対する書き込み動作で、温度条件を変化させたシュムープロットを示そう。125℃の高温条件と−40℃の低温条件の2通りのプロットを示した。これも2ビットの誤り訂正回路（ECC回路）をオンにしている。

　書き込み動作では読み出し動作とは逆に、低温側で電圧マージンが狭くなる。それでも書き込みアクセス時間が25ナノ秒から13.9ナノ秒の範囲で、一定の電圧マージンを確保できた。

温度条件を変化させたときの書き込み動作におけるシュムープロット。緑色はパス（正常）、赤色はフェイル（不良）を意味する。縦軸は読み出し電圧（単位は任意）、横軸はアクセス時間（ナノ秒）。出典：GLOBALFOUNDRIES（クリックで拡大）

　後編では、長期信頼性をチェックした結果をご報告する予定である。

（後編に続く）

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