eFlash vs. MRAM vs. RRAM

eFlash vs. MRAM vs. RRAM 

요즘 Automotive 공정에서 주로 사용되는 flash Memory 는 위와 같이 eflash, MRAM, RRAM 이다. 

각 flash memory 소자 별로 특징과 어떤 장단 점이 있는지 간략하게 정리하려고 합니다. 

예전부터 많이 사용되던 ESF3 (embedded Super flash cell 3rd generation), MRAM, RRAM 에 대해 간단하게 정리하려고 합니다. 

 

eFlash (embedded Flash 공정) 

eFlash 공정은 eSF1/EEPROM/eSF3 *eSF (embedded Super flash cell * SST 특허)) 인 공정들을 이야기한다. 

기본적으로 eFlash 공정은 High Voltage 가 필요하기 때문에 finFET , GAA 에는 적합하지 않아서 eFlash 공정은 사용하지 않고 있다. 

eFlash 공정은 보통 MCU/SIM Card/Automotive 공정에 사용되며, 현재 주로 Automotive 를 위해 개발되는 추세이다.

아래 2020 Roadmap 상 16n/12n 도 개발 중으로 표시되지만 현재 확인 가능한 내용은 RRAM 과 MRAM 을 개발한 것을 알 수 있다. 

TSMC CIS RoadMap 2020

 

MRAM (STT-MRAM) : Spin transfer Touque Magnetic Random Access Memory 

이름에서 알수 있듯이 자성을 이용한 Memory 이다. 자성을 이용해서 전자의 방향을 결정하여 저항의 크기로 쓰기와 읽기조건을 변경하는 메모리이다. 

 

- MRAM(Magnetic Random Access Memory)은 스핀밸브 구조의 MTJ(Magnetic Tunneling Junction)를

사용하는 소자

- MTJ : 고정층(Pinned Layer)과 자유층(Free Layer) 사이에 절연층(Tunnel Barrier)으로 구성

스핀전자의 전도는 전자가 각 층을 통과할 때 GMR 현상에 의해 자화배열에 따라 달라짐

- TMR(Tunneling Magneto-Resistance) : MTJ의 상태에 따른 저항값의 변화

- MRAM의 양산성은 바로 이 TMR이 높은 동작 신뢰성을 보일 수 있어야 함(MTJ의 재료 연구에 집중)

- MTJ 재료 : 절연층(AlOx, MgO 등이 사용), FM층(CoFeB, Ru, CoFe, PtMn 등이 사용)

​

현재 MRAM 의 문제로는 자성으로 인한 Automotive 특성 변화가 Issue 가 되고 있고,  또한 Metal Size 가 줄어듦에 따라 

Cross talk (인접셀 간섭) 도 문제가 되고 있다. 

 

RRAM (Re RAM Resistive Random Access Memeory) 

Oxygan Vacancy Migration 방식으로 Cell에 Write를 하고, MRAM ( Magnetic RAM ) 은 Spin Transfer Torque 방식을 사용합니다. 2 type 모두 gate level 이 아닌 metal level에서의 Cell type 이어 기존 basic logic 공정의 변경도 필요 없고, Logic area 위 부분에 memory 부분이 올라갈 수 있기에 전체 Chip size 도 줄이는 효과를 낼 수 있는 등의 이점이 있음

하지만 Endurance(셀 신뢰성)이 다른 소자대비 나쁨. 

 

→ TSMC 와 Infinion 에서 RRAM 을 사용하면서 MRAM 의 단점 및 RRAM 의 장점에 대해서 이야기하여, 업계에서 RRAM 에 대한 관심이 많아졌고, eFlash 공정은 planar 공정에서는 주로 사용되나, 단가가 비싸고 (flash 를 위한 layer 가 따로 필요함), HV 가 필요하기 때문에 고객들이 RRAM, MRAM 에 더 많은 관심을 가지는 추세입니다. 

아직 대세는 NVM (Non volatile memory) 는 없지만, 사용용도 및 가격에 따라 고객들이 선택하고 있으며, 아직 다 장단을 가지고 있어, 제품에 맞는 NVM 을 사용하고 있는 것으로 보입니다.