Rendement et Fiabilité des Mémoires en technologie MRAM – EMYR

D’après l’ITRS, les systèmes sur puces seront majoritairement composés de mémoires. Cette tendance est poussée par des applications de plus en plus gourmandes en termes de mémoires non volatiles. En effet, les mémoires Flash sont largement utilisées aujourd’hui par exemple dans les équipements nomades et multimédias. Malheureusement, les mémoires Flash demandent une tension d’alimentation élevée pour les opérations d’écriture et d’effacement et présentent des problèmes de fiabilité difficiles à proscrire augmentant le coût du design et du processus d’intégration. Les MRAM (magnetic random access memory) sont une des alternatives intéressantes, présentant un potentiel prometteur pour succéder aux mémoires Flash et devenir une mémoire "universelle" par ses caractéristiques : vitesse d’accès, faible tension d’alimentation, forte densité de stockage non volatile et une endurance élevée.
Toutefois, les aspects rendement et fiabilité des mémoires MRAM n’ont pas encore été abordés spécifiquement. En effet, les densités de défaut, les mécanismes et modèles de fautes ne sont pas des sujets de recherche actifs. Très peu de recherches abordent la question en traitant uniquement les problèmes au niveau des accès en écriture et ils ne sont pas étayés par des données industrielles (e.g. modélisation de cellule MRAM et localisation / type / densité de défauts).

Le projet EMYR a pour but d’améliorer le rendement et la fiabilité des mémoires MRAM en considérant les aspects mentionnés ci-dessus. De plus, le projet ambitionne de traiter le problème dans son ensemble en proposant une stratégie globale : test et réparation des défauts de production et fiabilité. Parmi les défauts de fiabilité, seuls ceux liés au vieillissement seront pris en compte, car les MRAM sont par conception insensibles aux SET (Single Event Transient).
En ce sens, le projet EMYR propose comme travaux spécifiques :
- Une modélisation des défauts physique et une stratégie de test adaptées aux besoins des MRAM. La stratégie de test sera par la suite intégrée au sein d’une structure d’autotest programmable : BIST (Built In Self Test)
- Associéeau mécanisme de test décris ci-dessus, une solution de réparation adaptée aux MRAM sera proposée permettant de masquer les défauts de production et de fiabilité (i.e. vieillissement). Afin de répondre efficacement aux problèmes de variabilité et aux densités de défauts des MRAM, une utilisation optimale de structures redondantes (lignes et colonnes) sera proposée. Notamment l’optimisation de l’utilisation des colonnes redondantes qui sont actuellement sous exploitées au sein des mémoires, sera une de nos priorités.

Le projet EMYR est organisé afin de faciliter les retombées scientifiques et permettre à CROCUS Technology de valoriser directement les résultats du projet. Deux démonstrateurs technologiques sont proposés :
- Le premier sera réalisé très rapidement dans le projet afin d’être intégré sur silicium par CROCUS Technology. Ce démonstrateur intègrera des solutions peu optimisées en termes de BIST et BISR (Built In Self Repair) mais en essayant de couvrir une large densité de défauts. De plus, le retour d’expérience sera analysé et permettra de raffiner notre connaissance et d’envisager un second démonstrateur plus abouti.
- Le second démonstrateur offrira une solution plus aboutie en prenant en compte le retour d’expérience du premier démonstrateur et également des connaissances de CROCUS Technology concernant les évolutions technologiques des MRAMs.
Le consortium mis en place pour le projet EMYR permet d’être confiant sur les résultats du projet. En effet, le consortium comprend (a) CROCUS qui est le seul industriel au niveau national concevant des MRAM (b) LIRMM qui est reconnu comme un expert européen dans le domaine du test des mémoires et (c) CEA LIST qui est un acteur actif dans le domaine de la fiabilité des systèmes embarqués.