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应用材料实现物联网与云端运算适用的新型记忆体技术
 

【CTIMES/SmartAuto 王岫晨 报导】   2019年07月23日 星期二

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应用材料公司因应物联网 (IoT) 和云端运算所需的新记忆体技术,推出创新、用於大量制造的解决方案,有利於加快产业采纳新记忆体技术的速度。

应用材料公司半导体事业群金属沉积产品处全球产品经理周春明
应用材料公司半导体事业群金属沉积产品处全球产品经理周春明

现今的大容量记忆体技术包括 DRAM、SRAM 和快闪记忆体,这些技术是在数十年前发明,已广为数位装置与系统所采用。新型记忆体━尤其是 MRAM、ReRAM 与 PCRAM━提供独特的优点,但是这些记忆体所采用的新材料,同时为大量生产带来了相当程度的挑战。应用材料公司今日推出新的制造系统,能够以原子级的精准度,进行新式材料的沉积,而这些新材料是生产前述新型记忆体的关键。应用材料公司推出了该公司迄今为止所开发过最先进的系统,让这些新型记忆体能够以工业级的规模稳定生产。

新推出的 Endura 平台,是应用材料公司所创造过最精密的晶片制造系统。应用材料公司广泛的产品组合,为我们公司提供独特的能力,以整合多项的材料工程技术与内建量测技术,打造出至今才有办法实现的新型薄膜与结构。这些整合的平台说明新材料与 3D 结构如何扮演关键的角色,为运算产业提供全新的方式,以提升效能、减少耗能和改善成本。

适用於物联网的 MRAM

电脑产业正在建构物联网,其中将会有数百亿个装置内建感测器、运算与通讯功能,用来监控环境、作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体与 AI 演算法方面,MRAM (磁性随机存取记忆体) 是储存用记忆体的首选之一。

MRAM 采用硬碟机中常见的精致磁性材料。MRAM本来就是快速且非挥发性,就算在失去电力的情况下,也能保存软体和资料。由於速度快与元件容忍度高,MRAM 最终可能做为第 3 级快取记忆体中 SRAM 的替代产品。MRAM 可以整合於物联网晶片设计的後端互连层,进而实现更小的晶粒尺寸,并降低成本。

应用材料的新 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。MRAM 记忆体需经过至少 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。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。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,同时免除了暴露於外部环境的风险。

云端中的 ReRAM 与 PCRAM

随着资料量产生呈现指数性遽增,云端资料中心也需要针对连结伺服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数量级效能提升。ReRAM (电阻式随机存取记忆体) 与 PCRAM (相变随机存取记忆体) 是快速、非挥发性、低功率的高密度记忆体,可以做为「储存级记忆体」,以填补伺服器 DRAM 与储存记忆体之间,不断扩大的价格与性能落差。

ReRAM 采用新材料制成,材料的作用类似於保险丝,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,以进行位元的编程。类似於 3D NAND 记忆体,ReRAM 和 PCRAM 是以 3D 结构排列,而记忆体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。

相较於 DRAM,ReRAM 与 PCRAM 皆承诺未来可大幅降低成本,而且读取效能也比 NAND 和硬碟机快上许多。ReRAM 也是未来记忆体内运算架构的首要候选技术,能将运算元件整合於记忆体阵列中,以协助克服 AI 运算相关的资料移动瓶颈。

应用材料的 Endura Impulse 物理气相沉积(PVD)平台适用於 PCRAM 与 ReRAM,包含最多 9 个在真空下进行整合的处理反应室及内建量测功能,能够以精密的方式进行沉积,以及控制这些新型记忆体中所使用的多成分材料。

關鍵字: DRAM  应材 
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