新記憶體技術時代開啟,應材發表新記憶體大量生產技術因應需求

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 11 日 18:15 | 分類 材料、設備 , 記憶體 , 零組件 follow us in feedly


美商應材公司(Applied Materials)因應物聯網(IoT)和雲端運算所需的新記憶體技術,日前宣布推出創新、用於大量製造的解決方案,有利於加快產業採納新記憶體技術的速度。

現今的大容量記憶體技術包括 DRAM、SRAM 和快閃記憶體,這些技術是在數十年前發明,已廣為數位裝置與系統所採用。新型記憶體中,包括 MRAM、ReRAM 與 PCRAM 等將提供其獨特的優點。但是,這些記憶體所採用的新材料,同時為大量生產帶來了相當程度的挑戰。因此,應材公司日前率先推出新的製造系統,能夠以原子級的精準度,進行新式材料的沉積,而這些新材料將會是生產前述新型記憶體的關鍵。這是應材公司推出了該公司迄今為止所開發過最先進的系統,讓這些新型記憶體能夠以工業級的規模穩定生產。

應材公司表示,當前的電腦產業正在建構物聯網架構,其中,將會有數百億個裝置內建感測器、運算與通訊功能,用來監控環境、做決策和傳送重要資訊到雲端資料中心。在儲存物聯網裝置的軟體與 AI 演算法方面,新世代的 MRAM(磁性隨機存取記憶體)是儲存用記憶體的首選之一。

MRAM 採用硬碟機中常見的精緻磁性材料,藉由 MRAM 本身快速且非揮發性的性能,就算在失去電力的情況下,也能保存軟體和資料。而因為 MRAM 速度快,加上元件容忍度高,MRAM 最終可能做為第 3 級快取記憶體中 SRAM 的替代產品。MRAM 可以整合於物聯網晶片設計的後端互連層中,進而達成更小的晶粒尺寸,並降低成本。

而對於 MRAM 的發展,應材公司的新 Endura Clover MRAM 物理氣相沉積(PVD)平台,是由 9 個獨特的晶圓處理反應室組成,全都是在純淨、高真空的情況下完成整合。這是業界第一個大量生產用的 300 mm MRAM 系統,每個反應室可個別沉積最多 5 種不同的材料。

應材公司也強調,因為 MRAM 記憶體需經過至少 30 種不同材料層的精密沉積製程。其中,某些材料層可能比人類的頭髮還細微 50 萬倍。因此,在製程中即使是厚薄度只有原子直徑一丁點差異,就會對裝置的效能與可靠性造成極大的影響。而 Clover MRAM PVD 平台包括內建量測功能,可以用次埃級(sub-angstrom)的靈敏度,在 MRAM 層產生時測量和監控其厚度,以確保原子層級的均勻性,同時免除了暴露於外部環境的風險。

另外,隨著資料量產生呈現遽增的情況,雲端資料中心也需要針對連結伺服器和儲存系統的資料路徑,達成這些路徑在速度與耗電量方面的效能提升。對此,因為新一代的 ReRAM(電阻式隨機存取記憶體)與 PCRAM(相變隨機存取記憶體)具備快速、非揮發性、低功率的高密度記憶體的特性。可以成為「儲存級記憶體」,以填補伺服器 DRAM 與儲存記憶體之間,不斷擴大的價格與性能落差。

而對於未來 ReRAM 及 PCRAM 的需求,應材公司採用新材料製程。應材公司解釋,其材料的作用類似於保險絲,可在數十億個儲存單元內選擇性地形成燈絲,以表示資料。對照之下,PCRAM 則式採用 DVD 光碟片中可找到的相變材料,並藉由將材料的狀態從非晶態變成晶態的做法,進行位元的編程,類似於 3D NAND Flash快閃記憶體的架構。

而 ReRAM 和 PCRAM 是以 3D 結構排列,記憶體製造商可以在每一代的產品中加入更多層,以穩健地降低儲存成本。ReRAM 與 PCRAM 也提供編程與電阻率中間階段的可能性,讓每個儲存單元可以儲存多個位元的資料。相較於 DRAM,ReRAM 及 PCRAM 皆承諾未來可大幅降低成本,而且讀取效能也比 3D NAND Flash 快閃記憶體和硬碟機快上許多。ReRAM 能將運算元件整合於記憶體陣列中,以協助克服 AI 運算相關的資料移動瓶頸情況下,也是未來記憶體內運算架構的首要候選技術。

對此,應用材料的 Endura Impulse 物理氣相沉積(PVD)平台適用於 PCRAM 與 ReRAM,包含最多 9 個在真空下進行整合的處理反應室及內建量測功能,能夠以精密的方式進行沉積,以及控制這些新型記憶體中所使用的多成分材料。

(首圖來源:應材)