應材提出三大關鍵技術,加速 DRAM 微縮

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 12 日 17:59 | 分類 IC 設計 , 晶片 , 材料、設備 Telegram share ! follow us in feedly


應用材料近日發布一款材料工程解決方案,為記憶體客戶提供三種新方法,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)。

在數位轉型帶動之下,DRAM 需求不斷創造新高,且隨著物聯網在終端建立數千億個新型運算裝置,促使傳輸到雲端處理的資料激增;產業因而需要進一步實現 DRAM 微縮,以減少面積和成本,同時以更高的速度和更低的功耗運作。

也因此,應材與 DRAM 客戶攜手,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。這款解決方案適用於 DRAM 晶片的三項領域:儲存電容器,金屬導線互連布線和邏輯電晶體。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。

▲ 應材透過材料解決工程進一步微縮 DRAM。(Source:應材

首先是電容器微縮專用的 Draco 硬質光罩。由於在 DRAM 微縮方面,新的技術挑戰已經出現,也就是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。

因此,應材推出新的硬質光罩材料 Draco,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。

第二是將 Black Diamond 低 k 值介電材料技術引進 DRAM 市場。在 DRAM 微縮方面,第二項關鍵方法是縮減金屬導線互連布線所需面積來降低晶粒的面積,而此布線的作用是對訊號進出記憶體陣列進行聯通。但隨著介電層不斷變薄,DRAM 晶粒尺寸也逐漸縮小,進而帶來了新的技術挑戰,也就是目前的電介質太薄,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。

而此一解決方法就是 Black Diamond,一種率先用於先進邏輯晶片的低 k 值介電材料技術。DRAM 專用的 Black Diamond 可實現更小、緊密的金屬導線互連布線,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。

最後,則是採用高 k 值金屬閘極電晶體改善 DRAM 的 PPAC。DRAM 微縮的第三項關鍵方法是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 所需的輸入-輸出(I/O)運作效率。

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。

(首圖來源:應材