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美商應(yīng)材宣布推出新存儲(chǔ)器技術(shù)

半導(dǎo)體動(dòng)態(tài) ? 來源:工程師吳畏 ? 2019-07-12 16:51 ? 次閱讀

美商應(yīng)材公司(Applied Materials)因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和云端運(yùn)算所需的新存儲(chǔ)器技術(shù),日前宣布推出創(chuàng)新、用于大量制造的解決方案,有利于加快產(chǎn)業(yè)采納新存儲(chǔ)器技術(shù)的速度。

現(xiàn)今的大容量存儲(chǔ)器技術(shù)包括DRAM、SRAM和快閃存儲(chǔ)器,這些技術(shù)是在數(shù)十年前發(fā)明,已廣為數(shù)字設(shè)備與系統(tǒng)所采用。新型存儲(chǔ)器中,包括MRAM、ReRAM與PCRAM等將提供獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。但是,這些存儲(chǔ)器所采用的新材料,為大量生產(chǎn)帶來了相當(dāng)程度的挑戰(zhàn)。

因此,應(yīng)材公司日前率先推出新的制造系統(tǒng),能夠以原子級(jí)的精準(zhǔn)度,進(jìn)行新式材料的沉積,而這些新材料將會(huì)是生產(chǎn)前述新型存儲(chǔ)器的關(guān)鍵。這是應(yīng)材公司推出了該公司迄今為止所開發(fā)過最先進(jìn)的系統(tǒng),讓這些新型存儲(chǔ)器能夠以工業(yè)級(jí)的規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)。

應(yīng)材公司表示,當(dāng)前的電腦產(chǎn)業(yè)正在建構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),其中,將會(huì)有數(shù)百億個(gè)裝置內(nèi)建傳感器、運(yùn)算與通訊功能,用來監(jiān)控環(huán)境、做決策和傳送重要資訊到云端資料中心。在儲(chǔ)存物聯(lián)網(wǎng)裝置的軟件與AI算法方面,新世代的MRAM(磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)是儲(chǔ)存用存儲(chǔ)器的首選之一。

MRAM采用硬盤機(jī)中常見的精致磁性材料,藉由MRAM本身快速且非揮發(fā)性的性能,就算在失去電力的情況下,也能保存軟件和資料。而因?yàn)镸RAM速度快,加上元件容忍度高,MRAM最終可能做為第3級(jí)快取存儲(chǔ)器中SRAM的替代產(chǎn)品。MRAM可以整合于物聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)計(jì)的后端互連層中,進(jìn)而達(dá)成更小的晶粒尺寸,并降低成本。

而對(duì)于MRAM的發(fā)展,應(yīng)材公司的新Endura Clover MRAM物理氣相沉積(PVD)平臺(tái),是由9個(gè)獨(dú)特的晶圓處理反應(yīng)室組成,全都是在純凈、高真空的情況下完成整合。這是業(yè)界第一個(gè)大量生產(chǎn)用的300 mm MRAM系統(tǒng),每個(gè)反應(yīng)室可個(gè)別沉積最多5種不同的材料。

應(yīng)材公司也強(qiáng)調(diào),因?yàn)镸RAM存儲(chǔ)器需經(jīng)過至少30種不同材料層的精密沉積制程。其中,某些材料層可能比人類的頭發(fā)還細(xì)微50萬倍。因此,在制程中即使是厚薄度只有原子直徑一丁點(diǎn)的差異,就會(huì)對(duì)裝置的效能與可靠性造成極大的影響。而Clover MRAM PVD平臺(tái)包括內(nèi)建量測(cè)功能,可以用次埃級(jí)(sub-angstrom)的靈敏度,在MRAM層產(chǎn)生時(shí)測(cè)量和監(jiān)控其厚度,以確保原子層級(jí)的均勻性,同時(shí)免除了暴露于外部環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

另外,隨著資料量產(chǎn)生呈現(xiàn)遽增的情況,云端資料中心也需要針對(duì)連結(jié)服務(wù)器和儲(chǔ)存系統(tǒng)的資料路徑,達(dá)成這些路徑在速度與耗電量方面的效能提升。對(duì)此,因?yàn)樾乱淮腞eRAM(電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)與PCRAM(相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)具備快速、非揮發(fā)性、低功率的高密度存儲(chǔ)器的特性??梢猿蔀椤皟?chǔ)存級(jí)存儲(chǔ)器”,以填補(bǔ)服務(wù)器DRAM與儲(chǔ)存存儲(chǔ)器之間,不斷擴(kuò)大的價(jià)格與性能落差。

而對(duì)于未來ReRAM及PCRAM的需求,應(yīng)材公司采用新材料制程。應(yīng)材公司解釋,其材料的作用類似于保險(xiǎn)絲,可在數(shù)十億個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)選擇性地形成燈絲,以表示資料。對(duì)照之下,PCRAM則式采用DVD光碟片中可找到的相變材料,并藉由將材料的狀態(tài)從非晶態(tài)變成晶態(tài)的做法,進(jìn)行位元的編程,類似于3D NAND Flash快閃存儲(chǔ)器的架構(gòu)。

而ReRAM和PCRAM是以3D結(jié)構(gòu)排列,存儲(chǔ)器制造商可以在每一代的產(chǎn)品中加入更多層,以穩(wěn)健地降低儲(chǔ)存成本。ReRAM與PCRAM也提供編程與電阻率中間階段的可能性,讓每個(gè)儲(chǔ)存單元可以儲(chǔ)存多個(gè)位元的資料。相較于DRAM,ReRAM及PCRAM皆承諾未來可大幅降低成本,而且讀取效能也比3D NAND Flash快閃存儲(chǔ)器和硬碟機(jī)快上許多。ReRAM能將運(yùn)算元件整合于存儲(chǔ)器陣列中,以協(xié)助克服AI運(yùn)算相關(guān)的資料移動(dòng)瓶頸情況下,也是未來存儲(chǔ)器內(nèi)運(yùn)算架構(gòu)的首要候選技術(shù)。

對(duì)此,應(yīng)用材料的Endura Impulse物理氣相沉積(PVD)平臺(tái)適用于PCRAM與ReRAM,包含最多9個(gè)在真空下進(jìn)行整合的處理反應(yīng)室及內(nèi)建量測(cè)功能,能夠以精密的方式進(jìn)行沉積,以及控制這些新型存儲(chǔ)器中所使用的多成分材料。

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