應用材料推出新存儲器量產技術

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美商應材公司(Applied Materials)因應物聯網(IoT)和雲端運算所需的新存儲器技術，日前宣布推出創新、用於大量製造的解決方案，有利於加快產業採納新存儲器技術的速度。

現今的大容量存儲器技術包括DRAM、SRAM和快閃記憶體，這些技術是在數十年前發明，已廣為數字設備與系統所採用。新型存儲器中，包括MRAM、ReRAM與PCRAM等將提供獨特的優點。但是，這些存儲器所採用的新材料，為大量生產帶來了相當程度的挑戰。

因此，應材公司日前率先推出新的製造系統，能夠以原子級的精準度，進行新式材料的沉積，而這些新材料將會是生產前述新型存儲器的關鍵。這是應材公司推出了該公司迄今為止所開發過最先進的系統，讓這些新型存儲器能夠以工業級的規模穩定生產。

應材公司表示，當前的電腦產業正在建構物聯網架構，其中，將會有數百億個裝置內建感測器、運算與通訊功能，用來監控環境、做決策和傳送重要資訊到雲端資料中心。在儲存物聯網裝置的軟體與AI演演算法方面，新世代的MRAM(磁性隨機存取存儲器)是儲存用存儲器的首選之一。

MRAM採用硬碟機中常見的精緻磁性材料，藉由MRAM本身快速且非揮發性的性能，就算在失去電力的情況下，也能保存軟體和資料。而因為MRAM速度快，加上元件容忍度高，MRAM最終可能做為第3級快取存儲器中SRAM的替代產品。MRAM可以整合於物聯網晶元設計的後端互連層中，進而達成更小的晶粒尺寸，並降低成本。

而對於MRAM的發展，應材公司的新Endura Clover MRAM物理氣相沉積(PVD)平台，是由9個獨特的晶圓處理反應室組成，全都是在純凈、高真空的情況下完成整合。這是業界第一個大量生產用的300 mm MRAM系統，每個反應室可個別沉積最多5種不同的材料。

應材公司也強調，因為MRAM存儲器需經過至少30種不同材料層的精密沉積製程。其中，某些材料層可能比人類的頭髮還細微50萬倍。因此，在製程中即使是厚薄度只有原子直徑一丁點的差異，就會對裝置的效能與可靠性造成極大的影響。而Clover MRAM PVD平台包括內建量測功能，可以用次埃級(sub-angstrom)的靈敏度，在MRAM層產生時測量和監控其厚度，以確保原子層級的均勻性，同時免除了暴露於外部環境的風險。

另外，隨著資料量產生呈現遽增的情況，雲端資料中心也需要針對連結伺服器和儲存系統的資料路徑，達成這些路徑在速度與耗電量方面的效能提升。對此，因為新一代的ReRAM(電阻式隨機存取存儲器)與PCRAM(相變隨機存取存儲器)具備快速、非揮發性、低功率的高密度存儲器的特性。可以成為「儲存級存儲器」，以填補伺服器DRAM與儲存存儲器之間，不斷擴大的價格與性能落差。

而對於未來ReRAM及PCRAM的需求，應材公司採用新材料製程。應材公司解釋，其材料的作用類似於保險絲，可在數十億個儲存單元內選擇性地形成燈絲，以表示資料。對照之下，PCRAM則式採用DVD光碟片中可找到的相變材料，並藉由將材料的狀態從非晶態變成晶態的做法，進行位元的編程，類似於3D NAND Flash快閃記憶體的架構。

而ReRAM和PCRAM是以3D結構排列，存儲器製造商可以在每一代的產品中加入更多層，以穩健地降低儲存成本。ReRAM與PCRAM也提供編程與電阻率中間階段的可能性，讓每個儲存單元可以儲存多個位元的資料。相較於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快閃記憶體和硬碟機快上許多。ReRAM能將運算元件整合於存儲器陣列中，以協助克服AI運算相關的資料移動瓶頸情況下，也是未來存儲器內運算架構的首要候選技術。

對此，應用材料的Endura Impulse物理氣相沉積(PVD)平台適用於PCRAM與ReRAM，包含最多9個在真空下進行整合的處理反應室及內建量測功能，能夠以精密的方式進行沉積，以及控制這些新型存儲器中所使用的多成分材料。

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