국제 메모리 워크숍(2023 IEEE 15th International Memory Workshop(IMW 2023)이 5월 21일부터 24일 사이에 열렸습니다. 내년에는 서울에서 열린다고 하네요. 

 

 

낸드 플래시를 제외한 차세대 비휘발성 메모리는 MRAM, PCM, ReRAM 등이 개발 중인데요. 모두 높은 저장 밀도와 짧은 랜덤 액세스 시간이 특징입니다. 그 중에서 자기 저항 메모리인 MRAM은 4개 회사에서 개발하고 있는데, 가장 오래된 에버스핀(2008년에 프리스케일에서 분사) 외에도 아발란처, 삼성, TSMC가 상용화에 성공했습니다.

 

 

20년 넘게 MRAM 메모리를 개발한 에버스핀은 2019년에 4세대 제품을 공개했습니다. 2006년에 나온 1세대 제품은 180nm와 90nm 공정을으로 생산해 용량이 128Kbit~16Mbit였습니다. 또 수평 방향으로 배치한 쌍극자를 외부 자기장으로 회전해 데이터를 저장하는 토글 모드를 썼는데, 속도가 느리고 소비 전력이 크고 실리콘 면적이 컸습니다. 

 

2세대는 전자 스핀 토크를 주입하 자기 쌍극자를 반전시켜 외부 자기장이 필요 없어졌고 소비 전력과 면적이 개선됐습니다. 그래서 90nm 공정에 64~256Mbit를 달성했습니다. 하지만 쌍극자 레이아웃이 여전히 수평 방향으로 배치되어 메모리 셀을 작게 줄이기 어려웠습니다. 그래서 3세대는 수직 방향으로 배치하고 공정을 40nm로 줄였고, 4세대는 28nm 공정으로 만들어 용량을 1Gbit로 올렸습니다.

 

 

이번엔 eMRAM의 상품화 사례입니다. 삼성은 2019년 3월에 28nm FD-SOI CMOS 로직과 호환되는 임베디드 자기 저항 메모리를 양산했습니다. 소니의 GPS 리시버인 CXD5605에 탑재됐는데 pSTT-MRAM 기술의 MTJ를 6층과 7층 배선 사이에 넣었고 용량은 8Mbit였습니다. 

 

 

아발란처는 르네사스의 비휘발성 메모리인 M3008204에 eMRAM을 공급했습니다. 8Mbit 시리얼 메모리로 40nm CMOS 공정 제조, pSTT-MRAM로 MTJ를 1층 배선 바로 아래에 배치에 메모리 셀 면적이 작고 제조 비용이 저렴합니다.

 

 

TSMC는 Ambiq Micro의 32비트 저전력 마이크로 컨트롤러인 아폴로 시리즈를 만들었습니다. 여기에는 임베디드 플래시가 들어가다가 아폴로 4에서 eMRAM이 처음으로 탑재됐습니다. 22nm CMOS 공정, 용량은 16Mbit(2MB), 수직 자기 기록 방식, 3배선과 4배선 사이에 MTJ를 넣었습니다. 그 전 세대는 40nm CMOS에 8Mbit(1MB)의 용량이었습니다.