MRAM存儲(chǔ)器生產(chǎn)有什么秘密

人工智能計(jì)算承諾改善社會(huì)，創(chuàng)造數(shù)萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然而對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的時(shí)代。

隨著摩爾定律的增速放緩，設(shè)計(jì)師們開(kāi)始探索新的材料、集成方案和結(jié)構(gòu)，以持續(xù)改善”PPAC”（芯片性能、功耗和面積/成本）。部署這些極具挑戰(zhàn)性，需要達(dá)到高良率要求，同時(shí)在新工藝中可變性增加，容差率縮小。為了幫助客戶加速其路線圖，應(yīng)用材料正在將計(jì)量學(xué)集成到工藝系統(tǒng)和腔室中，為晶圓加工帶來(lái)前所未有的粒度。

對(duì)于一個(gè)已經(jīng)接受傳感器、數(shù)據(jù)和分析工藝控制的行業(yè)來(lái)說(shuō)，這種類型的集成是合乎邏輯的。在過(guò)去十年中，部署在工藝系統(tǒng)中的傳感器數(shù)量增加了一倍多，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)也在進(jìn)步，允許更多的傳感器數(shù)據(jù)用于監(jiān)測(cè)腔室健康，甚至預(yù)測(cè)晶圓片上的結(jié)果，我們稱之為“虛擬計(jì)量”。

但仍然沒(méi)有什么可以代替直接測(cè)量來(lái)最好地控制晶圓片和工藝結(jié)果。對(duì)于大多數(shù)工藝，芯片制造商已經(jīng)制定了抽樣策略，并使用離線計(jì)量和檢查來(lái)捕獲流程偏差。CMP成為集成和現(xiàn)場(chǎng)傳感器的早期候選，使實(shí)時(shí)、片上測(cè)量和控制成為可能。

直到最近，沉積體系還不需要在真空和晶圓片上進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)槠涮匦园ǎ?/p>

工藝穩(wěn)定；

工藝窗較大；

薄膜單元厚；

流程簡(jiǎn)單堆疊；

暴露于環(huán)境中對(duì)其影響有限。

然而，材料和集成方案正在迅速變化，這就是為什么應(yīng)用工程師們要放雙“眼睛”到系統(tǒng)和腔室里。在人工智能時(shí)代，PPAC的改進(jìn)是通過(guò)新型材料和堆疊實(shí)現(xiàn)的。接口工程是在原子尺度上進(jìn)行的，工藝的成功越來(lái)越依賴于在晶圓片被加工時(shí)對(duì)其進(jìn)行“觀察”，以確?？刂坪涂芍貜?fù)性。

Applied公司最近推出了Endura?Clover?MRAM PVD平臺(tái)，該平臺(tái)由9個(gè)獨(dú)特的晶圓加工室組成，在原始的高真空條件下集成。這種集成的材料解決方案包括板上計(jì)量（OBM， on-board metrology），它可以測(cè)量和監(jiān)控MRAM層的厚度（MRAM具有亞埃敏感性），確保在原子水平的控制，防止其暴露在外部環(huán)境。MRAM存儲(chǔ)器是由敏感材料制成的，當(dāng)暴露于空氣中的雜質(zhì)時(shí)，這些敏感材料會(huì)迅速降解。MRAM器件的控制層非常薄（只有8個(gè)原子的高度），為了最大限度地提高器件的讀性能和持久力，需要正負(fù)一個(gè)原子的膜高度均勻性。

在處理超薄薄膜時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)引入的任何誤差都會(huì)消耗大量可用的工藝控制裕量。長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試表明，與傳統(tǒng)的基于x射線的離線測(cè)量方法相比，板上測(cè)量方法具有更高的精度（圖2）。

板上計(jì)量對(duì)于實(shí)現(xiàn)MRAM、PCRAM和ReRAM等新型存儲(chǔ)器的高成品率至關(guān)重要，同時(shí)也可以為3D NAND和DRAM制造帶來(lái)優(yōu)勢(shì)。邏輯上的變化也促使人們需要“觀察”沉積過(guò)程，以測(cè)量薄膜厚度和均勻性，以及晶圓片的幾何形狀、應(yīng)力、表面溫度和成分。

這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。人工智能時(shí)代正在推動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域的復(fù)興，雖然經(jīng)典的摩爾定律正在放緩，但新材料、集成方案和結(jié)構(gòu)使PPAC的發(fā)展得以繼續(xù)。新材料和外來(lái)材料的獨(dú)特需求正在推動(dòng)計(jì)量學(xué)的復(fù)興。應(yīng)用的目標(biāo)是為客戶提供新的功能，以補(bǔ)充和擴(kuò)展離線計(jì)量和虛擬計(jì)量模型。通過(guò)在工藝系統(tǒng)和腔室中放置“眼睛”，我們可以對(duì)每個(gè)晶圓片進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，幫助客戶最大限度地提高新型芯片設(shè)計(jì)的性能，更快地發(fā)現(xiàn)工藝偏差，從而提高成品率。