應用材料宣布推出三種 DRAM 微縮材料工程解決方案

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 11 日 15:15 | 分類 IC 設計 , 材料、設備 , 記憶體 Telegram share ! follow us in feedly


美商應用材料宣布推出 DRAM 微縮的材料工程解決方案,為記憶體客戶提供三種新方法,包括儲存電容器,金屬導線互連佈線和邏輯電晶體等,以進一步微縮 DRAM 並加速改善晶片效能、功耗和單位面積成本和上市時間 (PPACt)。而目前,應用材料公司正與 DRAM 客戶合作,將三種材料工程解決方案商業化,進而推出新方法來進行微縮、改善效能和功耗。而這些裝置正逐漸投入大量生產,並有望在未來數年內顯著增加應材 DRAM 業務的營收。

應材新推出為記憶體客戶提供三種新方法,首先在電容器微縮專用的 Draco 硬質光罩方面,應材指出,由於記憶體陣列佔 DRAM 晶粒面積超過 55%,因此提高這些記憶單元的密度是降低每位元成本的最佳方法。而資料是以電荷形式儲存在垂直排列的圓柱形電容器中,這些電容器需要盡量擴大表面積,以容納足夠數量的電子。DRAM 製造商將電容器窄化的同時,也將其拉長以形成最大的表面積。在 DRAM 微縮方面,新的技術挑戰已經出現:電容深孔的蝕刻可能超過 「硬質光罩」 材料的極限,這些硬質光罩提供印刷模板的作用,可據以決定各條圓柱放置何處。如果硬質光罩被蝕穿,圖形就會遭到破壞。增加硬質光罩高度是不可行的做法,因為硬質光罩和電容孔洞的總深度若超過特定限制,則會殘留蝕刻副產物,並導致電容孔洞彎曲、扭曲和不均勻的深度。

電容器微縮專用的 Draco 硬質光罩

而新解決方案就是 Draco 新推出的硬質光罩材料,其已與應材的 Sym3 Y 蝕刻系統共同進行最佳化,而此流程則是採用應材 PROVision eBeam 測量和檢驗系統,以每小時將近 50 萬次的測量加以監控。Draco 硬質光罩將蝕刻選擇比提高超過 30%,因此可以降低硬質光罩的高度。Draco 硬質光罩和 Sym3 Y 共同最佳化的功能包括先進 RF 脈衝技術,可與蝕刻工序同步移除副產物,進而使曝光孔呈現完全筆直且均勻的圓柱形。PROVision eBeam 系統可為客戶提供大量、即時且可行的硬質光罩臨界尺寸均勻度資料,而這項參數是決定電容器均勻度的關鍵所在。使用應材的解決方案,客戶可將局部臨界尺寸均勻性提高 50%,並將橋接缺陷減少 100 倍,進而改善良率。

另外,在將 Black Diamond 低 k 值介電材料技術引進 DRAM 市場的方面,就是縮減金屬導線互連佈線所需面積來降低晶粒的面積,而此佈線的作用是對訊號進出記憶體陣列進行聯通。每條金屬線皆由絕緣介電材料包覆,以防止資料訊號彼此干擾。應材指出,在過去 25 年中,DRAM 製造商採用兩種氧化矽──矽烷 (Silane) 和四乙氧基矽烷 (TEOS) 其中之一為介電材料。隨著介電層不斷變薄,DRAM 晶粒尺寸也逐漸縮小,從而帶來了新的技術挑戰:目前的電介質太薄,無法防止金屬線路內部電容耦合,導致訊號彼此干擾,進而提高功耗、降低效能,增加溫度並減損可靠性。

Black Diamond 低 k 值介電材料技術引進 DRAM 市場

相關解決方案就是 Black Diamond,一種率先用於先進邏輯晶片的低 k 值介電材料技術。隨著 DRAM 設計面臨類似的微縮挑戰,應材採用 Black Diamond 因應 DRAM 市場需求,並透過高生產力的 Producer GT 平台供應。DRAM 專用的 Black Diamond 可實現更小、緊密的金屬導線互連佈線,能以數 GHz 的速度透過晶片傳輸訊號而不會產生干擾,同時還可降低功耗。

至於,在DRAM 微縮的第三項關鍵方法上,應材是透過改善晶片週邊邏輯電路所採用電晶體的效能、功耗、面積和成本,以利促進高效能 DRAM (例如基於新型 DDR5 規格之產品) 所需的輸入─輸出 (I/O) 運作效率。

高 k 值金屬閘極電晶體可改善 DRAM 的 PPAC

應材說明道,時至今日,DRAM 仍使用複晶矽氧化物材質電晶體,這種材質已在 28 奈米節點的晶圓代工邏輯技術中被淘汰,因為閘極電介質的極薄化會使電子洩漏,進而浪費電力並限制效能。邏輯晶片製造商採用高 k 值金屬閘極 (HKMG) 電晶體,其以金屬閘極與氧化鉿介電質取代複晶矽,而氧化鉿有助於改善閘極電容、防止洩漏和提升效能。現在,記憶體製造商正將 HKMG 電晶體設計導入先進 DRAM 設計,以改善效能、功耗、面積和成本。就邏輯技術而言,HKMG 將在 DRAM 中逐漸取代複晶矽電晶體。

而這些在 DRAM 領域中的技術轉折,為應用材料創造了成長機會。較複雜和精密的 HKMG 材料堆疊帶來了製造方面的挑戰,而採用應材的 Endura Avenir RFPVD 系統在真空環境內處理相鄰步驟,已成為業界首選的解決方案。HKMG 電晶體也受益於應材 Centura RP Epi 等磊晶沉積技術,以及 RadOx RTP、Radiance RTP 及 DPN 等薄膜處理技術,其可用於微調電晶體特性,以利實現最佳效能。

(首圖來源:應材)