【福田昭のセミコン業界最前線】「次世代」が外れた最新不揮発性メモリ「MRAM」の製品と技術
閉会挨拶では参加登録者数と、次回の開催日程を公表することが恒例となっている。参加登録者数は158名と、近年では最も少ない参加者数となった。ただし前年にドイツのドレスデンでハイブリッド開催されたIMW 2022では、リアルイベントの参加者が92名ときわめて少なかった。リアルイベントの参加者数だけで見ると、前年を大きく上回ったとも言える。過去、国際メモリワークショップは初回の米国から、アジア、米国、欧州、米国、アジア、米国という順番で開催されてきた。隔年で米国開催、隔年でアジアまたは欧州で開催、という順序である。前年は欧州開催、今年は米国開催だったので、次回はアジア開催となる。次回の予告とチェアパーソンの一覧。次回のIMWは2024年5月に韓国のソウルで開催される。チェアパーソンによる閉会挨拶からここからは技術講演会の注目講演を紹介しよう。技術調査会社TechInsightsのJeongdong Choe氏が磁気抵抗メモリの技術と製品について詳しく調査した内容の一部をキーノート講演で公表した。大変興味深い内容だったので、その概要をご報告したい。 NANDフラッシュを除いた不揮発性メモリの研究開発では、「次世代不揮発性メモリ」と呼ばれる主に3種類のメモリ技術に比較的大きなリソースが割かれてきた。MRAM、相変化メモリ、抵抗変化メモリである。いずれもDRAMに伍する高い記憶密度と、NANDフラッシュメモリよりも短いランダムアクセス時間を原理的な特長とする。特にMRAMは2006年7月にFreescale Semiconductorが初めて量産を開始して以降、競合他社も相次いで製品を上梓してきた。MRAMはもはや、「次世代」とは呼びづらい。最新の不揮発性メモリ「製品技術」、と言えよう。キーノート講演でChoe氏は、MRAM製品を提供しているベンダーを4社挙げ、代表的な製品あるいは応用品を一覧表にまとめて見せていた。老舗であるEverspin Technologiesに始まり、Avalanche Technology、Samsung Electronics、TSMCが現在は商品化の実績を有する。一覧表の内容を簡単に説明すると、左からSamsung、Avalanche、Everspin Technologies、TSMCの順番となる。メモリ製品には大別すると単体メモリと埋め込みメモリがあり、Everspinは単体メモリ、そのほかの3社は埋め込み磁気抵抗メモリの製品化例を挙げた。単体メモリの開発を20年以上に渡って継続してきたのが、Everspinである。継続した研究開発によって新しい世代のMRAMを数年ごとに開発してきた。最新世代は、2019年に開発を完了させた第4世代品である。 Everspinが開発してきたMRAMの世代と概要、メモリセル断面と磁気トンネル接合素子の電子顕微鏡観察像。なお300mmウェハで製造する第2世代品からは、製造技術の支援と生産をGLOBALFOUNDRIESが担っている。TechInsightsがIMW 2023で発表した論文から Everspinの研究開発実績は、高密度化と大容量化の歴史とも言える。最初の製品である第1世代は製造技術が180nmおよび90nmと比較的緩く、記憶容量は128Kbit～16Mbitと大きくはない。またこの世代では、水平方向にレイアウトした磁気双極子を外部磁界によって回転させることでデータを書き換えていた。トグルモードは書き換え速度が低く、消費電力が大きく、シリコン面積を小さくしづらい。 次の第2世代では、電子スピントルクの注入による磁気双極子の反転という画期的な技術を開発し、製品に採用した。外部磁界が不要になり、消費電力が抑えられ、メモリセル面積が小さくなった。製造技術は90nm、記憶容量は64Mbitと256Mbitである。そこで次に登場したのが、磁気双極子を垂直方向にレイアウトした第3世代である。垂直磁気記録の開発により、製造技術を40nmと第2世代の半分以下に縮小できた。記憶容量は256Mbitである。 続く第4世代では、製造技術を28nmとさらに縮小し、記憶容量を1Gbitに拡大した。記憶密度は第3世代の3.
8倍と大幅に向上した。第2世代からは9.9倍に達する。記憶密度をわずか6年で約10倍に高めたことになる。
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