新存儲器技術時代開啟，應材推出新存儲器大量生產技術

美商應材公司(Applied Materials)因應物聯網(IoT)和云端運算所需的新存儲器技術，日前宣布推出創新、用于大量制造的解決方案，有利于加快產業采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和快閃存儲器，這些技術是在數十年前發明，已廣為數字設備與系統所采用。新型存儲器中，包括MRAM、ReRAM與PCRAM等將提供獨特的優點。但是，這些存儲器所采用的新材料，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制造系統，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傳感器、運算與通訊功能，用來監控環境、做決策和傳送重要資訊到云端資料中心。在儲存物聯網裝置的軟件與AI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采用硬盤機中常見的精致磁性材料，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，也能保存軟件和資料。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可以整合于物聯網芯片設計的后端互連層中，進而達成更小的晶粒尺寸，并降低成本。

而對于MRAM的發展，應材公司的新Endura Clover MRAM物理氣相沉積(PVD)平臺，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制程。其中，某些材料層可能比人類的頭發還細微50萬倍。因此，在制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平臺包括內建量測功能，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，同時免除了暴露于外部環境的風險。

另外，隨著資料量產生呈現遽增的情況，云端資料中心也需要針對連結服務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”，以填補服務器DRAM與儲存存儲器之間，不斷擴大的價格與性能落差。

而對于未來ReRAM及PCRAM的需求，應材公司采用新材料制程。應材公司解釋，其材料的作用類似于保險絲，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則式采用DVD光碟片中可找到的相變材料，并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，類似于3D NAND Flash快閃存儲器的架構。

而ReRAM和PCRAM是以3D結構排列，存儲器制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。相較于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快閃存儲器和硬碟機快上許多。ReRAM能將運算元件整合于存儲器陣列中，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。

日本對關鍵半導體材料加強出口管制，重創韓國科技業，據傳三星電子(Samsung Electronics)原本打算在明(2020)年初發布7納米高端處理器，如今只能被迫延后上市計劃。

日經新聞英文版10日引述未具名消息人士報導，三家供應三星光阻劑(photoresist)的關鍵廠商──東京應化工業(Tokyo Ohka Kogyo)、信越化學工業(Shin-Etsu Chemical)及JSR都表示，在日本政府7月4日加強管制對韓出口后，不知供應何時才能恢復正常。

一名資深政府官員直指，在取得政府執照前，日本廠商必須全面暫停出貨，這個過程也許得花上90天、甚至更久，端看個案情況而定。熟知三星先進芯片制造計劃的未具名人士則透露，三星的研究計劃已經受到影響，“為確保未來光阻劑的供應無虞，部分跟極紫外光(EUV)制程有關的芯片研發作業已暫時停擺。”

EUV光阻劑的供應若受干擾，三星明年初發表7納米芯片的計劃，恐因此受到沖擊，這些芯片對三星明年要推的旗艦智能機、以及其5G電信設備都非常關鍵。不只如此，這對三星想要挑戰臺積電、在2023年將先進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，替換光阻劑供應商的難度極高，倘若日本對韓國的出口限制無法盡快解除，那么三星生產最新智能機處理器的進度肯定會受到拖累，推出先進芯片制程、奪取臺積電市占的野心也將備受打擊。

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

爭取芯片領先地位是日本意圖？

韓國中央日報11日報導，韓國國家文官培訓院院長Yang Hyang-ja 8日接受訪問時認為，日本限制半導體材料出口的最大目的，應是拖慢南韓的半導體發展、爭取芯片產業的領先地位。

Yang說，“韓國過去27年來一直都在存儲器產業位居龍頭地位，對日本的領先差距愈拉愈大。韓國從未在其他領域領先別國這么多，這包括美國與日本。”她表示，即便許多國家都已宣布要帶頭進行第四次工業革命，但少了韓國芯片，想要實現計劃并不容易。

Yang先前曾為三星帶領快閃存儲器設計與檢驗團隊，直到2016年1月進入公共服務部門為止。她的日語非常流利。三星集團(Samsung Group)已故創辦人李秉(吉吉)1988年曾邀請日本半導體專家Shigetaka Hamada前來參加首爾奧運，Yang即是Hamada的隨行口譯。

Yang表示，倘若日本關鍵材料要花上90天才能抵達，韓國將難以發展晶圓代工。臺積電、三星是全球唯二兩家有能力以EUV微影技術競爭7納米制程的業者，今年EUV設備僅生產30臺，臺積電已預購18臺、韓國則即將失去關鍵原料的供應源。