MRAM-Fortschritte von Renesas/Toshiba und Freescale

Anlässlich der IEDM-Halbleiterkonferenz kündigen Renesas und Toshiba Fortschritte bei der Entwicklung schneller MRAM-Speicherchips an, während Freescale bereits ein 4-MBit-MRAM in Mustermengen verkauft.

Die ehemalige Motorola-Halbleitersparte Freescale hat mit dem MR2A16A bereits ein 4-MBit-MRAM in 256Kx16-Organisation im Angebot, das offenbar eine SRAM-kompatible Schnittstelle bietet. Der Chip entsteht in einem 0,18-Mikrometer-Fertigungsprozess und ist bisher nur in Musterstückzahlen und mit Zugriffszeiten von 25 oder 35 Nanosekunden zu haben.

Im Juni hatten IBM und Infineon einen 16-MBit-Prototypen beschrieben, die Firma Cypress offeriert 8- und 32-KByte-MRAMs mit NVE-Technik.

Im Rahmen ihrer seit 2002 kooperativ durchgeführten MRAM-Entwicklung haben Toshiba und das Hitachi-Mitsubishi-Jointventure Renesas Technology anlässlich der IEDM nun Fortschritte auf dem Weg zum konkurrenzfähigen 256-MBit-MRAM präsentiert, mit dessen Herstellung sie 2005 beginnen wollten. Immerhin haben die beiden japanischen Partner einen 1-MBit-Prototypen in 130-Nanometer-CMOS-Technik gebaut, der bei 1,2 Volt Betriebsspannung Frequenzen bis zu 143 MHz erreichen soll -- er wäre also schnell genug für den Einsatz auf Speichermodulen, die bisher mit den vor drei Jahren eingeführten DDR266-Chips arbeiten.

Um höhere Frequenzen als 100 MHz zu erreichen, mussten Renesas/Toshiba die Veränderung des Widerstandes der magnetischen (MTJ-)Zellen steigern, was zwei Maßnahmen erforderlich machte: Einerseits kommt statt einem Kobalt-Eisen-Werkstoff (CoFe) nun eine Verbindung mit dem zusätzlichen Element Bor zum Einsatz (CoFeB), außerdem wurde die Schichtdicke des Tunnel-Dünnfilms optimiert. Dabei kümmerte man sich gleichzeitig auch um den elektrischen Widerstand des Zellen-Aufbaus und die Zellen-Fläche, die nun bei 0,81 Quadratmikrometern liegt (hier aktuelle Vergleichswerte von 6T-SRAM-Zellen).

Ob und ab wann nichtflüchtige MRAM-Speicherchips in gewöhnlichen PCs zum Einsatz kommen werden, bleibt weiterhin offen. Weil sich auch DDR-SDRAM kontinuierlich und schnell weiterentwickelt und sich sehr preiswert fertigen lässt, kommen aktuelle Desktop-Rechner mittlerweile mit 512 MByte oder gar 1 GByte Grundausstattung in den Handel -- MRAM müsste also sehr schnell sehr preiswert und in riesigen Stückzahlen hergestellt werden können, um in typischen Lowcost-Produkten wie x86-Computern einsetzbar zu sein. Dafür wären auch neue Mainboard-Chipsätze nötig, die SRAM-artige RAM-Chips ansteuern könnten -- solche sind auf keiner Roadmap in den nächsten zwei Jahren auch nur angedeutet. Die Ausstattung von MRAMs mit einer SRAM-Schnittstelle und die erreichbaren Speicherkapazitäten lassen erste Anwendungen eher im Bereich von tragbaren Mobilgeräten (Handy, PDA) erwarten -- oder in speziellen Geräten, wo die MRAM-Technik deutlichere Vorteile bringt.

Zur Halbleiterkonferenz IEDM siehe auch: (ciw)

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