應(yīng)用材料公司推出DRAM微縮領(lǐng)域的材料工程解決方案

· 全新Draco?硬掩模材料與Sym3® Y刻蝕系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化，以加速DRAM電容器微縮

· DRAM制造商采用應(yīng)用材料公司首創(chuàng)的低k介電材料Black Diamond®以克服邏輯節(jié)點(diǎn)中的互連微縮挑戰(zhàn)

· 高k金屬柵極晶體管現(xiàn)已被引入先進(jìn)的DRAM設(shè)計(jì)中，從而在提升性能、降低功率的同時，通過縮小外圍邏輯器件來減少面積、降低成本

2021年5月5日，加利福尼亞州圣克拉拉——應(yīng)用材料公司今天宣布推出一系列材料工程解決方案，為存儲客戶提供三種全新進(jìn)一步微縮DRAM的方法，并加速改善芯片性能、功率、面積、成本和上市時間(即：PPACt)。

應(yīng)用材料公司全新的材料工程解決方案可助力DRAM性能提升30%、功率降低15%、面積減少20%

全球經(jīng)濟(jì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型正在催生對DRAM創(chuàng)紀(jì)錄的需求。物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了數(shù)千億臺新的邊緣計(jì)算設(shè)備，推動著數(shù)據(jù)上云處理的指數(shù)級增長。因而，行業(yè)迫切需要在DRAM微縮領(lǐng)域取得突破，以減少芯片面積和成本，同時提高運(yùn)行速度、降低功率。

應(yīng)用材料公司正與DRAM客戶合作，將三種材料工程解決方案商業(yè)化。這三種解決方案不僅創(chuàng)造了新的微縮方式，也提升了性能和功率。這些解決方案針對的是DRAM芯片的三個方面：存儲電容器、互連布線和邏輯晶體管。這些解決方案現(xiàn)已投入大規(guī)模量產(chǎn)，預(yù)計(jì)未來幾年將為應(yīng)用材料公司的DRAM業(yè)務(wù)帶來顯著營收增長。

推出應(yīng)用于電容器微縮的Draco?硬掩模

在DRAM芯片中，超過55%的晶粒面積被存儲陣列占據(jù)，提高存儲陣列的密度是降低每比特成本的最有效手段。數(shù)據(jù)以電荷形式存儲在垂直排列的圓柱形電容器中，要想容納足夠數(shù)量的電子，電容器需具備盡可能大的表面積。DRAM制造商在縮小電容器直徑的同時也會拉長其高度，以將電容器表面積最大化。而這也給DRAM微縮帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)：電容器深孔的刻蝕可能會超過“硬掩模”材料的極限。硬掩模作為確定每個孔洞位置的模板，如果因?yàn)樘”晃g穿，圖案就會被毀壞。可是較厚的硬掩模也不適用，因?yàn)楫?dāng)硬掩模和電容器孔洞的總體深度超出一定限度時，刻蝕副產(chǎn)品會殘留，導(dǎo)致彎曲、扭曲和深度不均。

為此，應(yīng)用材料公司推出了Draco?解決方案。這是一種新型硬掩模材料，已經(jīng)過協(xié)同優(yōu)化可與應(yīng)用材料公司的Sym3® Y刻蝕系統(tǒng)在其PROVision® 電子束測量和檢測系統(tǒng)監(jiān)控的流程中配合使用，其中PROVision® 電子束系統(tǒng)每小時可進(jìn)行近50萬次測量。Draco硬掩模將刻蝕選擇比提高了30%以上，使得掩模更薄。Draco硬掩模和Sym3 Y的協(xié)同優(yōu)化包括先進(jìn)的射頻脈沖優(yōu)化，可使刻蝕與副產(chǎn)品去除同步進(jìn)行，從而令成像孔洞呈完美圓柱形且筆直均勻。PROVision 電子束系統(tǒng)可為客戶提供硬掩模關(guān)鍵尺寸均勻性的大量、即時可執(zhí)行數(shù)據(jù)，這正是電容器均勻性的關(guān)鍵所在。應(yīng)用材料公司的解決方案為客戶提供了50%的局部關(guān)鍵尺寸均勻性提升，并將橋連缺陷降低了100倍，從而提升了良率。

應(yīng)用材料公司半導(dǎo)體產(chǎn)品事業(yè)部集團(tuán)副總裁Raman Achutharaman博士表示：“與客戶攜手快速解決材料工程挑戰(zhàn)的最佳方法是協(xié)同優(yōu)化相鄰步驟，并使用大量測量和人工智能來優(yōu)化工藝變量。”

將Black Diamond®低k介電引入DRAM市場

DRAM微縮的第二個關(guān)鍵方法是減少互連布線所需的晶粒面積，互連布線用于在存儲器陣列間來回傳遞信號。每條金屬線被絕緣介電材料環(huán)繞，以防止數(shù)據(jù)信號之間產(chǎn)生干擾。在過去25年里，DRAM制造商一直將兩種硅氧化物——硅烷或四乙氧基硅烷(TEOS)中的一種用作介電材料。盡管介電層不斷減薄使得DRAM晶粒尺寸縮小，但這也帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)：如今，介電層太薄，無法防止金屬線之間發(fā)生電容耦合，信號產(chǎn)生相互干擾，導(dǎo)致功率升高、性能降低、熱量提升和可靠性風(fēng)險增加。

為此，應(yīng)用材料公司提出了Black Diamond®解決方案，這是一種首先被用于先進(jìn)邏輯器件的低k介電材料。伴隨DRAM設(shè)計(jì)面臨同樣的微縮挑戰(zhàn)，應(yīng)用材料公司正在著力使Black Diamond®適應(yīng)DRAM市場，并將其搭載在生產(chǎn)效率極高的Producer® GT平臺上。適用于DRAM的Black Diamond®使得互連線更加纖小緊湊，能以數(shù)千兆赫的速度在芯片中傳輸信號，不受干擾并且功率更低。

高k金屬柵極晶體管可優(yōu)化DRAM的性能、功率、面積和成本

DRAM微縮的第三個關(guān)鍵方法是提升芯片外圍邏輯器件中使用的晶體管的性能、功率、面積和成本，幫助驅(qū)動高性能DRAM(如基于新DDR5規(guī)范的DRAM)所需的輸入輸出(I/O)操作。

直至今日，DRAM仍使用基于多晶硅和氧化硅介電層的晶體管，這種晶體管在邏輯器件代工中為28納米節(jié)點(diǎn)所淘汰，因?yàn)闁艠O介電層的極度減薄會導(dǎo)致電子泄漏，從而浪費(fèi)功率并限制性能。邏輯芯片制造商采用高k金屬柵極(HKMG)晶體管，用金屬柵極代替多晶硅，用氧化鉿代替氧化硅介電層(氧化鉿是一種可改善柵極電容、漏電流和器件性能的材料)。如今，存儲器制造商正在將HKMG晶體管設(shè)計(jì)用于先進(jìn)的DRAM，以優(yōu)化性能、功率、面積和成本。如邏輯器件一樣，在DRAM中，HKMG將隨著時間的推移而取代多晶硅晶體管。

這種DRAM的技術(shù)變革為應(yīng)用材料公司創(chuàng)造了增長機(jī)遇。制造更復(fù)雜、更精細(xì)的HKMG材料堆疊頗具挑戰(zhàn)，使用應(yīng)用材料公司的Endura® Avenir? RFPVD系統(tǒng)對相鄰的工藝步驟進(jìn)行不破真空的連續(xù)處理已成為行業(yè)首選解決方案。HKMG晶體管還受益于應(yīng)用材料公司的外延沉積技術(shù)，如：Centura® RP Epi和薄膜處理技術(shù)(包括RadOx? RTP、Radiance® RTP和DPN，這些技術(shù)用于微調(diào)晶體管特性以獲得最佳性能)。

Achutharaman博士補(bǔ)充道：“Draco硬掩模和Black Diamond低k介電材料已被全球多個領(lǐng)先DRAM客戶采用，第一批HKMG DRAM現(xiàn)已問市。隨著這些DRAM解決方案成為主流，應(yīng)用材料公司預(yù)計(jì)未來幾年的營收將增長數(shù)十億美元?！?

關(guān)于這些技術(shù)增長前景的更多信息已在美國時間5月5日舉行的應(yīng)用材料公司2021年存儲大師課上提供。

前瞻性陳述

本稿件包含某些前瞻性的陳述，包括應(yīng)用材料公司對公司營收的增長及趨勢、業(yè)務(wù)和市場、行業(yè)發(fā)展前景和需求驅(qū)動、技術(shù)變革、新的產(chǎn)品和技術(shù)等的預(yù)判，以及其他不屬于歷史事實(shí)的陳述。這些前瞻性陳述及其相應(yīng)假設(shè)可能受到風(fēng)險或不確定因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際結(jié)果顯著不同于陳述的內(nèi)容或聲明內(nèi)所暗示的情形，因此不對未來業(yè)績做擔(dān)保。應(yīng)用材料公司已在最近提交和定期提交至美國證券交易委員會的存案文件(包括最新季報)中述明的風(fēng)險和不確定因素, 包括我們最新的10-Q和8-K表格。所有前瞻性陳述均基于管理層目前的估計(jì)、預(yù)測和假設(shè)。應(yīng)用材料公司沒有任何義務(wù)更新任何前瞻性陳述。