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加快MRAM量產腳步 應材先進PVD平台亮相

文‧侯冠州 發布日期:2019/07/24 關鍵字:應用材料Clover PVD新興記憶體技術周春明氧化鎂沉積技術MRAM

物聯網(IoT)、AI、雲端運算、工業4.0等應用推升資訊量呈現爆炸性的成長,所有資料都必須在邊緣收集,並從邊緣到雲端的多個層級進行處理和傳輸、儲存和分析。因應如此龐大的資料儲存、傳輸需求,在DRAM、SRAM、快閃記憶體等存在已久的記憶體技術愈顯吃力的情況下,新興記憶體技術MRAM趁勢而起,而為加快MRAM量產普及速度,應用材料推出全新物理氣相沉積(PVD)平台。

應用材料公司半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明表示,由AI和大數據所推動的新運算需求,加上摩爾定律擴展的趨緩,造成硬體開發和投資的復興。各種規模的企業正競相開發新的硬體平台、架構與設計,以提升運算效率,新興記憶體技術也隨之興起(MRAM、ReRAM和PCRAM等),這些新型記憶體提供更多工具來增強近記憶體運算(Near Memory Compute),同時也是下一階段記憶體內運算(In-Memory Compute)的建構模組。

MRAM採用硬碟機中常見的精緻磁性材料,具備快速且非揮發性的特性,就算在失去電力的情況下,也能保存軟體和資料。由於速度快與元件容忍度高,MRAM最終可能做為第3級快取記憶體中SRAM的替代產品;且MRAM可以整合於物聯網晶片設計的後端互連層,進而實現更小的晶粒尺寸,並降低成本。

新興記憶體技術隨著越來越多資料量而誕生。

不過,新興記憶體技術的出現也意味著為量產製程帶來獨特挑戰,須在設備技術上有所突破才能實現全面生產。周春明指出,MRAM是一種非常複雜的薄膜多層堆疊,由10多種不同材料和超過30層以上的薄膜與堆疊組成。部分薄膜層的厚度僅達數埃,相近於一顆原子的大小;要如何控制這些薄膜層的厚度、沉積均勻性、介面品質等參數是關鍵所在,因為在原子層任何極小的缺陷都會影響裝置效能。總結來說,矽上沉積和整合新興材料的能力將影響新型記憶體裝置的效能和可靠性,要如何推疊這麼多層數的薄膜並維持高效能,是MRAM量產的最大挑戰。

也因此,應材推出全新Endura Clover MRAM物理氣相沉積平台,該設備是由 9 個獨特的晶圓處理反應室組成,可在超高真空環境下執行多流程步驟,實現整個MRAM單元製造,包括材料沉積、介面清潔和熱處理。其核心是Clover PVD反應室,可在原子層級精度下沉積多達五種材料。至於影響效能關鍵的穿隧阻障氧化鎂,是透過應材獨特的Clover PVD氧化鎂技術沉積而成,以實現低功耗、高耐久性的MRAM效能。

周春明說明,Clover PVD氧化鎂沉積技術是目前市場上唯一可以透過陶瓷濺鍍來沉積氧化鎂的解決方案;和另一種替代技術,即先沉積鎂,然後再氧化形成氧化鎂(需要兩步驟製程)相比,Clover PVD 系統已經通過驗證,可提供改良的讀取訊號耐久性100倍以上。

應材研發全新Clover PVD平台,加快MRAM量產速度及降低量產成本。

 

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