精密MRAM芯片制造系统介绍

MRAM是一种非常复杂的薄膜多层堆叠，由10多种不同材料和超过30层以上的薄膜与堆叠组成，部分薄膜层的厚度仅达数埃，比人类的发丝还要薄500000倍，相近于一颗原子的大小，如何控制这些薄膜层的厚度、沉积均匀性、介面品质等参数是关键所在。因为在原子层级，任何极小的缺陷都会影响装置效能，所以这些新型存储器要想实现大规模量产，必须在硅上沉积和整合新兴材料能力方面取得实质突破。

作为高密度存储器应用的候选技术，PCRAM和ReRAM都具有结构堆叠，包含容易受薄膜成分和劣化衰退影响的多重元素材料。以相变单元材料为例，产业界花了数十年的时间才发现具有适当成分的锗锑碲复合物薄膜材料，并达到最佳化的条件，而ReRAM 对存储器材料的组成也非常敏感。制造设备解决方案需要提供精确的薄膜厚度、成分均衡性和介面品质。

为了解决mram、ReRAM和PCRAM大规模量产面临的挑战，应用材料公司日前推出了新型Endura® Clover™ MRAM PVD平台和Endura® Impulse™ PVD系统，他们也是公司历史上迄今为止推出的“最为复杂和精密的芯片制造系统”，并已发货给5家MRAM芯片和8家PCRAM/ReRAM用户。

Clover MRAM PVD平台可在超高真空环境下执行多流程步骤，实现整个MRAM单元制造，包括材料沉积、介面清洁和热处理，其核心是Clover PVD腔室，可在原子层级精度下沉积多达五种材料。在系统层级方面，可整合多达7个Clover PVD工艺反应腔到Endura平台，无须真空中断即可于单一整合式系统中实现复杂的MRAM堆叠沉积。除了Clover PVD腔室外，超高真空系统也配备介面清洁、氧化和退火技术，并针对MRAM装置效能进行了最佳化处理。

晶圆上方独特设计的阻挡层是Clover MRAM PVD平台的亮点之一。一次仅暴露一种目标材料，并且会旋转到下一个材料的设计思路不但建立起具有锐利原子介面的堆叠，而且有效避免了不同材料之间的交叉污染。

说到MRAM,everspin是从飞思卡尔半导体公司分离出来的一家独立公司。是全球第一家量产MRAM芯片的供货商，并透过持续提升技术与扩展MRAM产品组合来领导业界的发展。Everspin 的专利MRAM技术是以可沉积在标准逻辑制程上的磁性隧道结 (MTJ)储存单元为基础。MTJ中包含了一个维持单一极性方向的固定层(fixed layer)，和一个通过隧道结(tunnel barrier)与其隔离的自由层(free layer).

审核编辑 黄昊宇