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新存储器技术时代开启,应材推出新存储器大量生产技术
芯电易 | 2019-07-12 11:18:49    阅读:50   发布文章

美商应材公司(Applied Materials)因应物联网(IoT)和云端运算所需的新存储器技术,日前宣布推出创新、用于大量制造的解决方案,有利于加快产业采纳新存储器技术的速度。

现今的大容量存储器技术包括DRAM、SRAM和快闪存储器,这些技术是在数十年前发明,已广为数字设备与系统所采用。新型存储器中,包括MRAM、ReRAM与PCRAM等将提供独特的优点。但是,这些存储器所采用的新材料,为大量生产带来了相当程度的挑战。

因此,应材公司日前率先推出新的制造系统,能够以原子级的精准度,进行新式材料的沉积,而这些新材料将会是生产前述新型存储器的关键。这是应材公司推出了该公司迄今为止所开发过最先进的系统,让这些新型存储器能够以工业级的规模稳定生产。

应材公司表示,当前的电脑产业正在建构物联网架构,其中,将会有数百亿个装置内建传感器、运算与通讯功能,用来监控环境、做决策和传送重要资讯到云端资料中心。在储存物联网装置的软件与AI演算法方面,新世代的MRAM(磁性随机存取存储器)是储存用存储器的首选之一。

MRAM采用硬盘机中常见的精致磁性材料,藉由MRAM本身快速且非挥发性的性能,就算在失去电力的情况下,也能保存软件和资料。而因为MRAM速度快,加上元件容忍度高,MRAM最终可能做为第3级快取存储器中SRAM的替代产品。MRAM可以整合于物联网芯片设计的后端互连层中,进而达成更小的晶粒尺寸,并降低成本。

而对于MRAM的发展,应材公司的新Endura Clover MRAM物理气相沉积(PVD)平台,是由9个独特的晶圆处理反应室组成,全都是在纯净、高真空的情况下完成整合。这是业界第一个大量生产用的300 mm MRAM系统,每个反应室可个别沉积最多5种不同的材料。

应材公司也强调,因为MRAM存储器需经过至少30种不同材料层的精密沉积制程。其中,某些材料层可能比人类的头发还细微50万倍。因此,在制程中即使是厚薄度只有原子直径一丁点的差异,就会对装置的效能与可靠性造成极大的影响。而Clover MRAM PVD平台包括内建量测功能,可以用次埃级(sub-angstrom)的灵敏度,在MRAM层产生时测量和监控其厚度,以确保原子层级的均匀性,同时免除了暴露于外部环境的风险。

另外,随着资料量产生呈现遽增的情况,云端资料中心也需要针对连结服务器和储存系统的资料路径,达成这些路径在速度与耗电量方面的效能提升。对此,因为新一代的ReRAM(电阻式随机存取存储器)与PCRAM(相变随机存取存储器)具备快速、非挥发性、低功率的高密度存储器的特性。可以成为“储存级存储器”,以填补服务器DRAM与储存存储器之间,不断扩大的价格与性能落差。

而对于未来ReRAM及PCRAM的需求,应材公司采用新材料制程。应材公司解释,其材料的作用类似于保险丝,可在数十亿个储存单元内选择性地形成灯丝,以表示资料。对照之下,PCRAM则式采用DVD光碟片中可找到的相变材料,并藉由将材料的状态从非晶态变成晶态的做法,进行位元的编程,类似于3D NAND Flash快闪存储器的架构。

而ReRAM和PCRAM是以3D结构排列,存储器制造商可以在每一代的产品中加入更多层,以稳健地降低储存成本。ReRAM与PCRAM也提供编程与电阻率中间阶段的可能性,让每个储存单元可以储存多个位元的资料。相较于DRAM,ReRAM及PCRAM皆承诺未来可大幅降低成本,而且读取效能也比3D NAND Flash快闪存储器和硬碟机快上许多。ReRAM能将运算元件整合于存储器阵列中,以协助克服AI运算相关的资料移动瓶颈情况下,也是未来存储器内运算架构的首要候选技术。

台积电看俏!日本打韩争芯片龙头 传三星7纳米制程受阻

日本对关键半导体材料加强出口管制,重创韩国科技业,据传三星电子(Samsung Electronics)原本打算在明(2020)年初发布7纳米高端处理器,如今只能被迫延后上市计划。

日经新闻英文版10日引述未具名消息人士报导,三家供应三星光阻剂(photoresist)的关键厂商──东京应化工业(Tokyo Ohka Kogyo)、信越化学工业(Shin-Etsu Chemical)及JSR都表示,在日本政府7月4日加强管制对韩出口后,不知供应何时才能恢复正常。

一名资深政府官员直指,在取得政府执照前,日本厂商必须全面暂停出货,这个过程也许得花上90天、甚至更久,端看个案情况而定。熟知三星先进芯片制造计划的未具名人士则透露,三星的研究计划已经受到影响,“为确保未来光阻剂的供应无虞,部分跟极紫外光(EUV)制程有关的芯片研发作业已暂时停摆。”

EUV光阻剂的供应若受干扰,三星明年初发表7纳米芯片的计划,恐因此受到冲击,这些芯片对三星明年要推的旗舰智能机、以及其5G电信设备都非常关键。不只如此,这对三星想要挑战台积电、在2023年将先进晶圆代工市占从不到10%拉升至25%的野心,也非常重要。

分析师表示,替换光阻剂供应商的难度极高,倘若日本对韩国的出口限制无法尽快解除,那么三星生产最新智能机处理器的进度肯定会受到拖累,推出先进芯片制程、夺取台积电市占的野心也将备受打击。

日本政府加强了三项半导体材料对南韩的出口管制,分别是OLED面板材料氟聚醯亚胺(fluorinated polyimide)、半导体制程关键材料的光阻剂和蚀刻气体(高纯度氟化氢)。

争取芯片领先地位是日本意图?

韩国中央日报11日报导,韩国国家文官培训院院长Yang Hyang-ja 8日接受访问时认为,日本限制半导体材料出口的最大目的,应是拖慢南韩的半导体发展、争取芯片产业的领先地位。

Yang说,“韩国过去27年来一直都在存储器产业位居龙头地位,对日本的领先差距愈拉愈大。韩国从未在其他领域领先别国这么多,这包括美国与日本。”她表示,即便许多国家都已宣布要带头进行第四次工业革命,但少了韩国芯片,想要实现计划并不容易。

Yang先前曾为三星带领快闪存储器设计与检验团队,直到2016年1月进入公共服务部门为止。她的日语非常流利。三星集团(Samsung Group)已故创办人李秉(吉吉)1988年曾邀请日本半导体专家Shigetaka Hamada前来参加首尔奥运,Yang即是Hamada的随行口译。

Yang表示,倘若日本关键材料要花上90天才能抵达,韩国将难以发展晶圆代工。台积电、三星是全球唯二两家有能力以EUV微影技术竞争7纳米制程的业者,今年EUV设备仅生产30台,台积电已预购18台、韩国则即将失去关键原料的供应源。


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