美国应用材料公司提出三大关键技术,加速DRAM 微缩

2021-05-13 13:30:13 来源:科技新报
世界最大的半导体设备公司美国应用材料公司近日发布一款材料工程解决方案,为存储器客户提供三种新方法,以进一步微缩DRAM 并加速改善芯片效能、功耗和单位面积成本和上市时间(PPACt)。
 
 
在数字转型带动之下,DRAM需求不断创造新高,且随着物联网在终端建立数千亿个新型计算设备,促使传输到云端处理的数据激增;产业因而需要进一步实现DRAM 微缩,以减少面积和成本,同时以更高的速度和更低的功耗运作。
 
也因此,应材与DRAM 客户携手,将三种材料工程解决方案商业化,进而推出新方法来进行微缩、改善性能和功耗。这款解决方案适用于DRAM 芯片的三项领域:储存电容器,金属导线互连布线和逻辑晶体管。这些设备正逐渐投入大量生产,并有望在未来数年内显著增加应材DRAM业务的营收。

▲应材透过材料解决工程进一步微缩DRAM。(Source:应材)
 
首先是电容器微缩专用的Draco 硬质光罩。由于在DRAM 微缩方面,新的技术挑战已经出现,也就是电容深孔的蚀刻可能超过「硬质光罩」材料的极限,这些硬质光罩提供印刷模板的作用,可据以决定各条圆柱放置何处。如果硬质光罩被蚀穿,图形就会遭到破坏。增加硬质光罩高度是不可行的做法,因为硬质光罩和电容孔洞的总深度若超过特定限制,则会残留蚀刻副产物,并导致电容孔洞弯曲、扭曲和不均匀的深度。
因此,应材推出新的硬质光罩材料Draco,其已与应材的Sym3 Y 蚀刻系统共同进行最佳化,而此流程则是采用应材PROVision eBeam测量和检验系统,以每小时将近50 万次的测量加以监控;Draco硬质光罩将蚀刻选择比提高超过30%,因此可以降低硬质光罩的高度。
 
第二是将Black Diamond 低k 值介电材料技术引进DRAM 市场。在DRAM微缩方面,第二项关键方法是缩减金属导线互连布线所需面积来降低晶粒的面积,而此布线的作用是对讯号进出存储器阵列进行联通。但随着介电层不断变薄,DRAM 晶粒尺寸也逐渐缩小,进而带来了新的技术挑战,也就是目前的电介质太薄,无法防止金属线路内部电容耦合,导致讯号彼此干扰,进而提高功耗、降低效能,增加温度并减损可靠性。
 
而此一解决方法就是Black Diamond,一种率先用于先进逻辑芯片的低k 值介电材料技术。DRAM 专用的BlackDiamond 可实现更小、紧密的金属导线互连布线,能以数GHz 的速度透过芯片传输讯号而不会产生干扰,同时还可降低功耗。
 
最后,则是采用高k 值金属闸极晶体管改善DRAM 的PPAC。DRAM 微缩的第三项关键方法是改善芯片周边逻辑电路所采用晶体管的性能、功耗、面积和成本,以利促进高效能DRAM 所需的输入-输出(I/O)运作效率。
 
时至今日,DRAM 仍使用复晶硅氧化物材质晶体管,这种材质已在28 纳米节点的晶圆代工逻辑技术中被淘汰,因为闸极电介质的极薄化会使电子泄漏,进而浪费电力并限制效能。逻辑芯片制造商采用高k 值金属闸极(HKMG)晶体管,其以金属闸极与氧化铪介电质取代复晶硅,而氧化铪有助于改善闸极电容、防止泄漏和提升效能。现在,存储器制造商正将HKMG 晶体管设计导入先进DRAM 设计,以改善效能、功耗、面积和成本。就逻辑技术而言,HKMG 将在DRAM 中逐渐取代复晶硅晶体管。
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