台积电STT-MRAM技术细节（三）
MRAM写入操作
低阻态Rp和高阻态Rap的MRAM写入操作需要如图9所示的双向写入操作。要将Rap状态写到Rp需要将BL偏置到VPP，WL到VREG＿W0，SL到0以写入0状态。要写入1状态，将Rap变成Rp需要反方向的电流，其中BL为0，SL为VPP，WL为VREG＿W1。
图9．平行低电阻状态Rp和高电阻反平行状态Rap的双向写入
为了在260°C的IR回流焊中达到90秒的保留数据时长，需要具有高能垒Eb的MTJ 。这就需要将MTJ开关电流增加到可靠写入所需的数百mA。写入电压经过温度补偿，电荷泵为选定的单元产生一个正电压，为未选定的字线产生一个负电压，以抑制高温下的位线漏电。写电压系统如图10所示。
图10显示了电荷泵对WL和BL／SL的过驱动以及温度补偿的写偏置
在较宽的温度范围内工作时，需要对写入电压进行温度补偿。图11显示了从－40度到125度的写入电压shmoo图，其中F／P表示在－40度时失败，而在125度时通过。
图11．显示写入期间温度补偿的要求。
具有标准JTAG接口的BIST模块可实现自修复和自调节，以简化测试流程。实现图12中所示的双纠错ECC（DECECC）的存储控制器TMC。
图12． BIST和控制器，用于在测试和实施DECECC期间进行自修复和自调节。
TMC实施了智能写操作算法，该算法实现了偏置设置和验证／重试时间，以实现较高的写入耐久性（＞ 1M循环）。它包含写前读（用于确定需要写哪些位）和动态分组写入（用于提高写吞吐量），带写校验的多脉冲写入操作以及优化写电压以实现高耐久性。该算法如图13所示。
图13．智能写操作算法，显示动态组写和带写验证的多脉冲写。
MRAM数据可靠性
图14．写入耐久性测试表明，在100K －40度写入循环前后，32Mb芯片访问时间和读取电流均稳定。
