美國應(yīng)用材料公司提出三大關(guān)鍵技術(shù)，加速DRAM 微縮
2021-05-13 13:30:13
科技新報
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世界最大的半導(dǎo)體設(shè)備公司美國應(yīng)用材料公司近日發(fā)布一款材料工程解決方案，為存儲器客戶提供三種新方法，以進(jìn)一步微縮DRAM 并加速改善芯片效能、功耗和單位面積成本和上市時間（PPACt）。
在數(shù)字轉(zhuǎn)型帶動之下，DRAM需求不斷創(chuàng)造新高，且隨著物聯(lián)網(wǎng)在終端建立數(shù)千億個新型計(jì)算設(shè)備，促使傳輸?shù)皆贫颂幚淼臄?shù)據(jù)激增；產(chǎn)業(yè)因而需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)DRAM 微縮，以減少面積和成本，同時以更高的速度和更低的功耗運(yùn)作。
也因此，應(yīng)材與DRAM 客戶攜手，將三種材料工程解決方案商業(yè)化，進(jìn)而推出新方法來進(jìn)行微縮、改善性能和功耗。這款解決方案適用于DRAM 芯片的三項(xiàng)領(lǐng)域：儲存電容器，金屬導(dǎo)線互連布線和邏輯晶體管。這些設(shè)備正逐漸投入大量生產(chǎn)，并有望在未來數(shù)年內(nèi)顯著增加應(yīng)材DRAM業(yè)務(wù)的營收。
▲應(yīng)材透過材料解決工程進(jìn)一步微縮DRAM。（Source：應(yīng)材）
首先是電容器微縮專用的Draco 硬質(zhì)光罩。由于在DRAM 微縮方面，新的技術(shù)挑戰(zhàn)已經(jīng)出現(xiàn)，也就是電容深孔的蝕刻可能超過「硬質(zhì)光罩」材料的極限，這些硬質(zhì)光罩提供印刷模板的作用，可據(jù)以決定各條圓柱放置何處。如果硬質(zhì)光罩被蝕穿，圖形就會遭到破壞。增加硬質(zhì)光罩高度是不可行的做法，因?yàn)橛操|(zhì)光罩和電容孔洞的總深度若超過特定限制，則會殘留蝕刻副產(chǎn)物，并導(dǎo)致電容孔洞彎曲、扭曲和不均勻的深度。
因此，應(yīng)材推出新的硬質(zhì)光罩材料Draco，其已與應(yīng)材的Sym3 Y 蝕刻系統(tǒng)共同進(jìn)行最佳化，而此流程則是采用應(yīng)材PROVision eBeam測量和檢驗(yàn)系統(tǒng)，以每小時將近50 萬次的測量加以監(jiān)控；Draco硬質(zhì)光罩將蝕刻選擇比提高超過30%，因此可以降低硬質(zhì)光罩的高度。
第二是將Black Diamond 低k 值介電材料技術(shù)引進(jìn)DRAM 市場。在DRAM微縮方面，第二項(xiàng)關(guān)鍵方法是縮減金屬導(dǎo)線互連布線所需面積來降低晶粒的面積，而此布線的作用是對訊號進(jìn)出存儲器陣列進(jìn)行聯(lián)通。但隨著介電層不斷變薄，DRAM 晶粒尺寸也逐漸縮小，進(jìn)而帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)，也就是目前的電介質(zhì)太薄，無法防止金屬線路內(nèi)部電容耦合，導(dǎo)致訊號彼此干擾，進(jìn)而提高功耗、降低效能，增加溫度并減損可靠性。
而此一解決方法就是Black Diamond，一種率先用于先進(jìn)邏輯芯片的低k 值介電材料技術(shù)。DRAM 專用的BlackDiamond 可實(shí)現(xiàn)更小、緊密的金屬導(dǎo)線互連布線，能以數(shù)GHz 的速度透過芯片傳輸訊號而不會產(chǎn)生干擾，同時還可降低功耗。
最后，則是采用高k 值金屬閘極晶體管改善DRAM 的PPAC。DRAM 微縮的第三項(xiàng)關(guān)鍵方法是改善芯片周邊邏輯電路所采用晶體管的性能、功耗、面積和成本，以利促進(jìn)高效能DRAM 所需的輸入-輸出（I/O）運(yùn)作效率。
時至今日，DRAM 仍使用復(fù)晶硅氧化物材質(zhì)晶體管，這種材質(zhì)已在28 納米節(jié)點(diǎn)的晶圓代工邏輯技術(shù)中被淘汰，因?yàn)殚l極電介質(zhì)的極薄化會使電子泄漏，進(jìn)而浪費(fèi)電力并限制效能。邏輯芯片制造商采用高k 值金屬閘極（HKMG）晶體管，其以金屬閘極與氧化鉿介電質(zhì)取代復(fù)晶硅，而氧化鉿有助于改善閘極電容、防止泄漏和提升效能。現(xiàn)在，存儲器制造商正將HKMG 晶體管設(shè)計(jì)導(dǎo)入先進(jìn)DRAM 設(shè)計(jì)，以改善效能、功耗、面積和成本。就邏輯技術(shù)而言，HKMG 將在DRAM 中逐漸取代復(fù)晶硅晶體管。
關(guān)鍵詞：
應(yīng)用材料
DRAM
