新存儲(chǔ)器技術(shù)時(shí)代開(kāi)啟，應(yīng)材推出新存儲(chǔ)器大量生產(chǎn)技術(shù)

美商應(yīng)材公司(Applied Materials)因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和云端運(yùn)算所需的新存儲(chǔ)器技術(shù)，日前宣布推出創(chuàng)新、用于大量制造的解決方案，有利于加快產(chǎn)業(yè)采納新存儲(chǔ)器技術(shù)的速度。

現(xiàn)今的大容量存儲(chǔ)器技術(shù)包括DRAM、SRAM和快閃存儲(chǔ)器，這些技術(shù)是在數(shù)十年前發(fā)明，已廣為數(shù)字設(shè)備與系統(tǒng)所采用。新型存儲(chǔ)器中，包括MRAM、ReRAM與PCRAM等將提供獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。但是，這些存儲(chǔ)器所采用的新材料，為大量生產(chǎn)帶來(lái)了相當(dāng)程度的挑戰(zhàn)。

因此，應(yīng)材公司日前率先推出新的制造系統(tǒng)，能夠以原子級(jí)的精準(zhǔn)度，進(jìn)行新式材料的沉積，而這些新材料將會(huì)是生產(chǎn)前述新型存儲(chǔ)器的關(guān)鍵。這是應(yīng)材公司推出了該公司迄今為止所開(kāi)發(fā)過(guò)最先進(jìn)的系統(tǒng)，讓這些新型存儲(chǔ)器能夠以工業(yè)級(jí)的規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)。

應(yīng)材公司表示，當(dāng)前的電腦產(chǎn)業(yè)正在建構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，其中，將會(huì)有數(shù)百億個(gè)裝置內(nèi)建傳感器、運(yùn)算與通訊功能，用來(lái)監(jiān)控環(huán)境、做決策和傳送重要資訊到云端資料中心。在儲(chǔ)存物聯(lián)網(wǎng)裝置的軟件與AI演算法方面，新世代的MRAM(磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)是儲(chǔ)存用存儲(chǔ)器的首選之一。

MRAM采用硬盤機(jī)中常見(jiàn)的精致磁性材料，藉由MRAM本身快速且非揮發(fā)性的性能，就算在失去電力的情況下，也能保存軟件和資料。而因?yàn)镸RAM速度快，加上元件容忍度高，MRAM最終可能做為第3級(jí)快取存儲(chǔ)器中SRAM的替代產(chǎn)品。MRAM可以整合于物聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)計(jì)的后端互連層中，進(jìn)而達(dá)成更小的晶粒尺寸，并降低成本。

而對(duì)于MRAM的發(fā)展，應(yīng)材公司的新Endura Clover MRAM物理氣相沉積(PVD)平臺(tái)，是由9個(gè)獨(dú)特的晶圓處理反應(yīng)室組成，全都是在純凈、高真空的情況下完成整合。這是業(yè)界第一個(gè)大量生產(chǎn)用的300 mm MRAM系統(tǒng)，每個(gè)反應(yīng)室可個(gè)別沉積最多5種不同的材料。

應(yīng)材公司也強(qiáng)調(diào)，因?yàn)镸RAM存儲(chǔ)器需經(jīng)過(guò)至少30種不同材料層的精密沉積制程。其中，某些材料層可能比人類的頭發(fā)還細(xì)微50萬(wàn)倍。因此，在制程中即使是厚薄度只有原子直徑一丁點(diǎn)的差異，就會(huì)對(duì)裝置的效能與可靠性造成極大的影響。而Clover MRAM PVD平臺(tái)包括內(nèi)建量測(cè)功能，可以用次埃級(jí)(sub-angstrom)的靈敏度，在MRAM層產(chǎn)生時(shí)測(cè)量和監(jiān)控其厚度，以確保原子層級(jí)的均勻性，同時(shí)免除了暴露于外部環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，隨著資料量產(chǎn)生呈現(xiàn)遽增的情況，云端資料中心也需要針對(duì)連結(jié)服務(wù)器和儲(chǔ)存系統(tǒng)的資料路徑，達(dá)成這些路徑在速度與耗電量方面的效能提升。對(duì)此，因?yàn)樾乱淮腞eRAM(電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)與PCRAM(相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)具備快速、非揮發(fā)性、低功率的高密度存儲(chǔ)器的特性?？梢猿蔀椤皟?chǔ)存級(jí)存儲(chǔ)器”，以填補(bǔ)服務(wù)器DRAM與儲(chǔ)存存儲(chǔ)器之間，不斷擴(kuò)大的價(jià)格與性能落差。

而對(duì)于未來(lái)ReRAM及PCRAM的需求，應(yīng)材公司采用新材料制程。應(yīng)材公司解釋，其材料的作用類似于保險(xiǎn)絲，可在數(shù)十億個(gè)儲(chǔ)存單元內(nèi)選擇性地形成燈絲，以表示資料。對(duì)照之下，PCRAM則式采用DVD光碟片中可找到的相變材料，并藉由將材料的狀態(tài)從非晶態(tài)變成晶態(tài)的做法，進(jìn)行位元的編程，類似于3D NAND Flash快閃存儲(chǔ)器的架構(gòu)。

而ReRAM和PCRAM是以3D結(jié)構(gòu)排列，存儲(chǔ)器制造商可以在每一代的產(chǎn)品中加入更多層，以穩(wěn)健地降低儲(chǔ)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(gè)儲(chǔ)存單元可以儲(chǔ)存多個(gè)位元的資料。相較于DRAM，ReRAM及PCRAM皆承諾未來(lái)可大幅降低成本，而且讀取效能也比3D NAND Flash快閃存儲(chǔ)器和硬碟機(jī)快上許多。ReRAM能將運(yùn)算元件整合于存儲(chǔ)器陣列中，以協(xié)助克服AI運(yùn)算相關(guān)的資料移動(dòng)瓶頸情況下，也是未來(lái)存儲(chǔ)器內(nèi)運(yùn)算架構(gòu)的首要候選技術(shù)。

日本對(duì)關(guān)鍵半導(dǎo)體材料加強(qiáng)出口管制，重創(chuàng)韓國(guó)科技業(yè)，據(jù)傳三星電子(Samsung Electronics)原本打算在明(2020)年初發(fā)布7納米高端處理器，如今只能被迫延后上市計(jì)劃。

日經(jīng)新聞?dòng)⑽陌?0日引述未具名消息人士報(bào)導(dǎo)，三家供應(yīng)三星光阻劑(photoresist)的關(guān)鍵廠商──東京應(yīng)化工業(yè)(Tokyo Ohka Kogyo)、信越化學(xué)工業(yè)(Shin-Etsu Chemical)及JSR都表示，在日本政府7月4日加強(qiáng)管制對(duì)韓出口后，不知供應(yīng)何時(shí)才能恢復(fù)正常。

一名資深政府官員直指，在取得政府執(zhí)照前，日本廠商必須全面暫停出貨，這個(gè)過(guò)程也許得花上90天、甚至更久，端看個(gè)案情況而定。熟知三星先進(jìn)芯片制造計(jì)劃的未具名人士則透露，三星的研究計(jì)劃已經(jīng)受到影響，“為確保未來(lái)光阻劑的供應(yīng)無(wú)虞，部分跟極紫外光(EUV)制程有關(guān)的芯片研發(fā)作業(yè)已暫時(shí)停擺?！?/p>

EUV光阻劑的供應(yīng)若受干擾，三星明年初發(fā)表7納米芯片的計(jì)劃，恐因此受到?jīng)_擊，這些芯片對(duì)三星明年要推的旗艦智能機(jī)、以及其5G電信設(shè)備都非常關(guān)鍵。不只如此，這對(duì)三星想要挑戰(zhàn)臺(tái)積電、在2023年將先進(jìn)晶圓代工市占從不到10%拉升至25%的野心，也非常重要。

分析師表示，替換光阻劑供應(yīng)商的難度極高，倘若日本對(duì)韓國(guó)的出口限制無(wú)法盡快解除，那么三星生產(chǎn)最新智能機(jī)處理器的進(jìn)度肯定會(huì)受到拖累，推出先進(jìn)芯片制程、奪取臺(tái)積電市占的野心也將備受打擊。

日本政府加強(qiáng)了三項(xiàng)半導(dǎo)體材料對(duì)南韓的出口管制，分別是OLED面板材料氟聚醯亞胺(fluorinated polyimide)、半導(dǎo)體制程關(guān)鍵材料的光阻劑和蝕刻氣體(高純度氟化氫)。

爭(zhēng)取芯片領(lǐng)先地位是日本意圖？

韓國(guó)中央日?qǐng)?bào)11日?qǐng)?bào)導(dǎo)，韓國(guó)國(guó)家文官培訓(xùn)院院長(zhǎng)Yang Hyang-ja 8日接受訪問(wèn)時(shí)認(rèn)為，日本限制半導(dǎo)體材料出口的最大目的，應(yīng)是拖慢南韓的半導(dǎo)體發(fā)展、爭(zhēng)取芯片產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位。

Yang說(shuō)，“韓國(guó)過(guò)去27年來(lái)一直都在存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)位居龍頭地位，對(duì)日本的領(lǐng)先差距愈拉愈大。韓國(guó)從未在其他領(lǐng)域領(lǐng)先別國(guó)這么多，這包括美國(guó)與日本?！彼硎荆幢阍S多國(guó)家都已宣布要帶頭進(jìn)行第四次工業(yè)革命，但少了韓國(guó)芯片，想要實(shí)現(xiàn)計(jì)劃并不容易。

Yang先前曾為三星帶領(lǐng)快閃存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，直到2016年1月進(jìn)入公共服務(wù)部門為止。她的日語(yǔ)非常流利。三星集團(tuán)(Samsung Group)已故創(chuàng)辦人李秉(吉吉)1988年曾邀請(qǐng)日本半導(dǎo)體專家Shigetaka Hamada前來(lái)參加首爾奧運(yùn)，Yang即是Hamada的隨行口譯。

Yang表示，倘若日本關(guān)鍵材料要花上90天才能抵達(dá)，韓國(guó)將難以發(fā)展晶圓代工。臺(tái)積電、三星是全球唯二兩家有能力以EUV微影技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)7納米制程的業(yè)者，今年EUV設(shè)備僅生產(chǎn)30臺(tái)，臺(tái)積電已預(yù)購(gòu)18臺(tái)、韓國(guó)則即將失去關(guān)鍵原料的供應(yīng)源。