应材提出三大关键技术，加速 DRAM 微缩

应用材料近日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，以进一步微缩 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）。

在数位转型带动之下，DRAM 需求不断创造新高，且随着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；产业因而需要进一步实现 DRAM 微缩，以减少面积和成本，同时以更高的速度和更低的功耗运作。

也因此，应材与 DRAM 客户携手，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着增加应材 DRAM 业务的营收。

▲ 应材透过材料解决工程进一步微缩 DRAM。（Source：应材）

首先是电容器微缩专用的 Draco 硬质光罩。由于在 DRAM 微缩方面，新的技术挑战已经出现，也就是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。

因此，应材推出新的硬质光罩材料 Draco，其已与应材的 Sym3 Y 蚀刻系统共同进行最佳化，而此流程则是採用应材 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。

第二是将 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。但随着介电层不断变薄，DRAM 晶粒尺寸也逐渐缩小，进而带来了新的技术挑战，也就是目前的电介质太薄，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。

而此一解决方法就是 Black Diamond，一种率先用于先进逻辑晶片的低 k 值介电材料技术。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。

最后，则是採用高 k 值金属闸极电晶体改善 DRAM 的 PPAC。DRAM 微缩的第三项关键方法是改善晶片週边逻辑电路所採用电晶体的效能、功耗、面积和成本，以利促进高效能 DRAM 所需的输入-输出（I/O）运作效率。

时至今日，DRAM 仍使用複晶硅氧化物材质电晶体，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洩漏，进而浪费电力并限制效能。逻辑晶片製造商採用高 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複晶硅，而氧化铪有助于改善闸极电容、防止洩漏和提升效能。现在，记忆体製造商正将 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 中逐渐取代複晶硅电晶体。

（首图来源：应材）