应材推DRAM微缩材料工程解决方案
应用材料公司发布一款材料工程解决方案，为记忆体客户提供三种新方法，进一步微缩DRAM并加速改善晶片效能、功耗和单位面积成本和上市时间（PPACt）。
在全球经济数位转型的带动下，DRAM的市场需求不断创造新高。物联网在终端建立数千亿个新型运算装置，促使传输到云端处理的资料激增。业界迫切需要突破，以利实现DRAM微缩，进而减少面积和成本，同时以更高的速度和更低的功耗运作。
应用材料公司正与DRAM客户合作，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、改善效能和功耗。这款解决方案适用于DRAM晶片的三项领域：储存电容器，金属导线互连布线和逻辑电晶体。这些装置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。
由于记忆体阵列占DRAM晶粒面积超过55％，因此提高这些记忆单元的密度是降低每位元成本的最佳方法。资料是以电荷形式储存在垂直排列的圆柱形电容器中，而这些电容器需要尽量扩大表面积，以容纳足够数量的电子。DRAM制造商将电容器窄化的同时，也将其拉长以形成最大的表面积。
在DRAM微缩方面，新的技术挑战已经出现：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。
解决方案就是Draco新推出的硬质光罩材料，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。Draco硬质光罩和Sym3 Y共同最佳化的功能包括先进RF脉冲技术，可与蚀刻工序同步移除副产物，进而使曝光孔呈现完全笔直且均匀的圆柱形。PROVision eBeam系统可为客户提供大量、即时且可行的硬质光罩临界尺寸均匀度资料，而这项参数是决定电容器均匀度的关键所在。使用应材的解决方案，客户可将局部临界尺寸均匀性提高50％，并将桥接缺陷减少100倍，进而改善良率。
应用材料公司半导体产品事业群集团副总裁拉曼．阿丘塔拉曼（Raman Achutharaman）表示，为了协助客户迅速解决材料工程方面的挑战，最有效的方法是将相邻步骤共同最佳化，并使用大量测量和AI技术来优化制程变数。
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记忆体阵列进行联通。每条金属线皆由绝缘介电材料包覆，以防止资料讯号彼此干扰。
在过去25年中，DRAM制造商采用两种氧化矽，矽烷（Silane）和四乙氧基矽烷（TEOS）的其中之一作为介电材料。随着介电层不断变薄，DRAM晶粒尺寸也逐渐缩小，从而带来了新的技术挑战：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。
解决方案就是Black Diamond，一种率先用于先进逻辑晶片的低k值介电材料技术。随着DRAM设计面临类似的微缩挑战，应材采用Black Diamond因应DRAM市场需求，并透过高生产力的Producer GT平台供应。DRAM专用的Black Diamond可实现更小、紧密的金属导线互连布线，能以数GHz的速度透过晶片传输讯号而不会产生干扰，同时还可降低功耗。
DRAM微缩的第三项关键方法是改善晶片周边逻辑电路所采用电晶体的效能、功耗、面积和成本，以利促进高效能DRAM（例如基于新型DDR5规格之产品）所需的输入／输出（I/O）运作效率。
时至今日，DRAM仍使用复晶矽氧化物材质电晶体，这种材质已在28奈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。逻辑晶片制造商采用高k值金属闸极（HKMG）电晶体，其以金属闸极与氧化铪介电质取代复晶矽，而氧化铪有助于改善闸极电容、防止泄漏和提升效能。现在，记忆体制造商正将HKMG电晶体设计导入先进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中逐渐取代复晶矽电晶体。
这些在DRAM领域中的技术转折，为应用材料创造了成长机会。较复杂和精密的HKMG材料堆叠带来了制造方面的挑战，而采用应材的Endura Avenir RFPVD系统在真空环境内处理相邻步骤，已成为业界首选的解决方案。HKMG电晶体也受益于应材Centura RP Epi等磊晶沉积技术，以及RadOx RTP、Radiance RTP及DPN等薄膜处理技术，其可用于微调电晶体特性，以利实现最佳效能。
阿丘塔拉曼博士补充，业界领先的DRAM客户纷纷采用Draco硬质光罩和Black Diamond低k值介电材料，而首批HKMG DRAM也已问世。基于上述DRAM技术转变在未来数年间的发展，应用材料预期可增加数十亿美元的营收。