FRAMは、高速書込み、低消費電力、高書換え耐性を特長とする不揮発性メモリです。富士通セミコンダクターでは、汎用単体メモリ、FRAMマイコン、RFID用LSIなどのFRAM製品をご用意しております。

FRAMとは

FRAM（Ferroelectric Random Access Memory）はFeRAMとも呼ばれ、強誘電体薄膜（Ferroelectric film）をデータ保持用のキャパシタに利用した不揮発性メモリです。
FRAMは、ROMとRAMの両方の性質を併せ持ち、高速書換え・高書換え耐性・低消費電力・耐タンパーといった多くの特長があります。

強誘電体とは

下図に強誘電体の典型であるPZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の結晶構造を示しました。格子の中にZr/Tiイオンが置かれていますが、このイオンは二つの安定点を持ち、外部の電界によってその位置を変える性質（分極作用）があります。さらに、一度どちらの点に位置すると電界を取り去っても位置が変わることがありません。つまり、分極状態が記憶されます。上下に電極を設けてキャパシタを構成し、電極電圧と分極量をプロットすればヒステリシス（履歴）が得られ、“1”、“0”を記憶できることになります。分極による記憶状態は安定です。

PZT強誘電体の結晶構造とFRAMの動作原理

        

1. 電界を印加すると分極が発生。（Zr/Tiイオンが結晶内部で上下する）
2. 電界をかけるのをやめても分極は残る。（残留分極）
3. 2つの安定点を「0」「1」データとして記憶。

メモリ分類におけるFRAM

特長

既存のメモリと比較して、FRAMは以下のような特徴があります。

不揮発性

• 電源を切ってもデータが消えない
• SRAMに対してバッテリーフリー（グリーン化製品）

高速書換え

• SRAMと同じように重書きが可能
  書換えコマンド発行不要
• 消去時間、書込みの待ち時間が不要
  ライトサイクルタイム=リードサイクルタイム
  書込み時間がE²PROMの1/30,000

読出し、書換え回数が多い

• 10¹²回（1兆回）／ビットの書換えを保証
  書換え回数がE²PROMの最大100万倍

低消費電力

• 内部昇圧不要
  消費電力がE²PROMの1/400以下

表1はFRAMと他メモリデバイスと比較したものです。

表1. FRAMと他メモリの特長比較

	FRAM	E2PROM	Flash	SRAM
データ保持	不揮発性	不揮発性	不揮発性	揮発性
セル方式*1	1T1C/2T2C	2T	1T	6T
書換え方法	重書き	消去＋書込み	セクター消去 ＋書込み	重書き
ライトサイクルタイム	150ns*2	5ms	10µs	55ns
書換え回数	1012（1兆回*3）*2	106（100万回）	105（10万回）	無制限
書込み動作電流	5mA（Typ.）*2 15mA（Max.）*2	5mA（Max.）	20mA（Max.）	8mA（Typ.）
スタンバイ電流	5µA（Typ.）*2 50µA（Max.）*2	2µA（Max.）	100µA（Max.）	0.7µA（Typ.） 3µA（Max.）

*1） T=トランジスタ。C=キャパシタ
*2） 256Kb FRAM汎用単体メモリのスペック
*3） 読出しと書込みの合計回数

FRAM応用製品

汎用単体メモリ（SPI・I²C・パラレルインタフェース品）

富士通セミコンダクターでは、不揮発性・高速書換え・低消費電力・書換え回数が多い、といったFRAMの特長を活かした汎用単体メモリを商品化しています。携帯機器・事務機・デジタル家電・金融端末・その他多くの分野でお使い頂けます。

RFID用LSI

富士通セミコンダクターではRFID用LSIとして、これまで13.56MHzのHF帯、そして860～960MHzのUHF帯の製品を開発製造しております。その最大の特長は、強誘電体メモリFRAMを搭載しているということであり、高速書込み・高書換えという特性を活かし、大容量のデータキャリア型パッシブRFID用LSIとして国内外に幅広く展開しています。

当社のRFIDタグ用LSIの特長

• 高速データ書込みを実現：FRAMの高速性により、書込み時のスループットが向上。
• 書込み時に通信距離劣化せず：低消費電力での書込みのため、読出し時と同等の通信距離を実現。
  一方、E²PROM搭載タグは、書込み時消費電力が大きく、読取りに対する通信距離は劣化。
• 大容量メモリ搭載：書込みの高速化により、タグに情報を記録、追記する大容量メモリ搭載を実現。
  一方、E²PROM搭載タグは、書込み速度が遅く、大容量タグへの適用少。
• 多頻度書換え可能：最大1兆回の読出し/書込みを保証。タグの長期利用とリユースを促進。
• 優れた放射線耐性：放射線照射後もデータを保持。ガンマ線滅菌処理下でもデータを保持。
  一方、E²PROM搭載タグは、原理上、放射線耐性が脆弱。
• 国際標準対応：ISO15693, ISO18000-3, 6に対応した製品群。

FRAM搭載RFIDが実現するアプリケーション

FRAMの高速書込みを活かしたRFタグの高速処理のイメージ

＜高速処理による効果＞

• タグ自身に履歴情報、検品情報を記録
• 開梱せずに機器のパラメータ変更をタグで実現
• スループット向上によるシステムコストの削減
• オフライン環境でのシステム構築も可能

認証IC

富士通セミコンダクターでは、ICカードなどセキュリティ用途で実績のあるFRAMを用いた機器認証向けICをご用意しています。

MB94R330は、不揮発性メモリセルを形成する強誘電体プロセスとシリコンゲートCMOSプロセスとを用いた認証ICです。MB94R330は2線式シリアルインタフェース（I²Cバス）をベースとした独自の通信プロトコル、暗号ハードマクロおよび独自コアを搭載しています。
電子機器本体（例：プリンタ、複合機など）で使用する周辺機器（例：カートリッジ、トナーなど）の偽造品の検出に適したICです。電子機器本体と周辺機器との間で、チャレンジ＆レスポンスによって認証を行い、純正品と偽造品の判別が行えます。
MB94R330ファクトシート
上記製品に限らず、お客様のご用途に合わせカスタムのご要求にも柔軟に対応させていただきますので、お気軽にお問い合わせ下さい。

FRAMマイコン

FRAMマイコンのメリット

• 従来のFlash MCUと比較し、プログラム（データ）の高速書込みを実現。
• データ書換え時は、消去不要（データ上書き）で、かつバイト単位での書換えが可能。
• データ書換え時の高電圧印加が不要なため、低消費電力を実現。
• FRAM領域はデータ領域、コード領域のどちらでも使用可能。
• 電磁波や放射線に対して、安定にデータ保持を実現

応用例：マイコンを使った電源電圧監視システム

カスタムLSI

FRAMはCMOSプロセスとの混載が容易なため、CMOS性能を落とすことなくロジック回路やアナログ回路との1チップ化が可能です。
富士通セミコンダクターではこの特長を活かし、上記RFIDタグ用LSIやICカード用LSIなどの各種FRAM混載LSIを製品化しています。これら既存製品のカスタマナイズをはじめ、お客様の個別のご要望に応じて、当社ではRAMとROMの長所を兼ね備えたFRAMを搭載カスタムLSIをご提供いたします。
FRAMを内蔵することで、RAMとROMの区別が不要となり、開発負荷の軽減、利便性の向上が実現できます、また、当社ASICと同様の設計環境が利用できるためROM・RAM・暗号マクロ・MCUコアなどの各種IPを搭載することが可能です。

FRAM内蔵カスタムICは、FRAMの特長を生かし、セキュリティ機能の内蔵や識別情報・環境変数の格納など家電・事務機・携帯端末をはじめとする様々なアプリケーションでご利用頂けます。

製品ラインナップ

シリアル/パラレルFRAMをラインアップし、幅広い用途に対応します。

RFID用LSI

型格	無線周波数帯	インタフェース	変調方式	メモリ容量
MB89R118C	13.56MHz	ISO/IEC 15693, 18000-3	ASK 10%, ASK 100%	2Kバイト
MB89R119B	13.56MHz	ISO/IEC 15693, 18000-3	ASK 10%, ASK 100%	256バイト
MB97R803/4	860-960MHz	ISO/IEC 18000-6C	DSB-ASK, SSB-ASK, PR-ASK	4Kバイト

信頼性

FRAMは、強誘電体膜を利用したデバイスであるため、一般的な半導体デバイスに必要な信頼性に加え、強誘電体膜の信頼性にも配慮する必要があります。強誘電体膜の信頼性の問題として分極量低下があります。
リテンション（データ保持特性）やファティーグ（疲労特性）の影響により、分極量の低下が起こります。当社では上記のようなFRAMの信頼性に関し、TEG（Test Element Group）や製品により評価を行い、耐性確認しております。
詳細については「FRAMの品質・信頼性保証」をご覧ください。

開発製造技術

高品質を実現する垂直統合体制

当社では、FRAMの研究・開発から量産まで一貫して行っています。1999年の量産開始以来、既に多数のFRAMを生産・出荷しております。FRAMの製造は、前・後工程とも、当社及び関連会社で行っており、高い品質のFRAM製品を安定的に供給することが可能です。
当社独自の強誘電体キャパシタ成膜技術、強誘電体キャパシタ加工技術、及び配線と層間膜形成に起因する強誘電体キャパシタの劣化抑制技術を開発することにより、高品質のFRAM製品の製造を可能としています。

製造拠点

前工程工場：富士通セミコンダクター（株）三重工場

1984年10月に操業を開始、先端ロジックLSIおよび基盤ロジックLSIの製造（前工程）を担う、富士通セミコンダクターの主力工場です。三重県桑名市に位置する307,000m³の敷地内には、200mmと300mmラインがあり、2005年4月に300mmウェーハ製造のための第1新棟、さらに2007年に300mm第2新棟を稼動しております。三重工場は、グリーンファクトリーのフラッグシップとして、ハイブリッド免震構造やNAS電池システムの導入、ゼロエミッションの実現など、環境対策のための様々な先進的な取り組みをしていることが特徴です。

後工程工場：富士通インテグレーテッドマイクロテクノロジ（株）九州工場

1978年10月に操業を開始、基盤ロジック製品の量産工場であり、保有する最先端LSIパッケージ技術をベースに、サーバ、ネットワーク向けのハイエンド、パッケージからデジタルAV、携帯電話、車載関連向けの汎用、複合パッケージまで豊富なラインナップの組立、試験サービスを提供します。

後工程工場：南通富士通微電子股份有限公司

1997年10月に設立された当社の中国における製造合弁企業です。主な事業内容としては、ロジックIC民生機器向けのマイクロコントローラやアナログ用のリニアICなの後工程（組立試験）を行います。