隨著物聯網(IoT)與工業4.0等概念的興起，應用端對於人工智慧(AI)運算需求也不斷提升，硬體處理效能的提升迫在眉睫。然而，摩爾定律卻面臨擴張速度的急遽減緩，使得晶片效能的推進受阻，也促使半導體產業跳脫摩爾定律開創全新發展策略，透過封裝技術以及MRAM、ReRAM和PCRAM等新興記憶體技術，推升整體運算效能。因應此市場需求，應用材料公司(Applied Materials)也推出全新的物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)系統，加速新型記憶體量產的時程。
應用材料公司半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明表示，因應半導體產業進入後摩爾時代所面臨的挑戰，該公司在材料工程的基礎上提出一個全新的劇本，從新的晶片架構(如Google所推出的TPU)、新的3D記憶體結構、高階邏輯晶片中的鈷等新的材料、新的微縮方法以及先進的封裝，這五大面向著手，優化整體運算效能，以滿足不斷成長的運算需求。
人工智慧和大數據帶來龐大運算需求，加上摩爾定律擴展的趨緩，也驅使硬體開發和投資的復興，各種規模的企業正競相開發新的硬體平台、架構與設計，以提升運算效率。周春明指出，新型記憶體技術被認為是實現提高運算效率的新架構關鍵所在，如MRAM、ReRAM和PCRAM等新的記憶體技術興起，便是晶片與系統設計人員都致力研究的關鍵領域。這些新型記憶體提供更多工具來增強「近記憶體運算(Near Memory Compute)」，同時也將作為下一階段「記憶體內運算(In-Memory Compute)」的建構模組。
根據研究，以統合式MRAM解決方案取代微控制器中的eFlash和SRAM，便可節省高達90%的功耗。採用單一電晶體MRAM取代六個電晶體SRAM，即可實現更高的位元密度和更小的晶片尺寸。這些功耗與面積成本優勢使得MRAM成為邊緣裝置的理想選擇；而相較於傳統的NAND，PCRAM或ReRAM的儲存級記憶體更可提供超過10倍以上的存取速度，是雲端運用的首選。
SK海力士先進技術薄膜事業群總監陳成坤即表示，改善資料中心的效率是雲端服務供應商與企業客戶的重要優先任務。而除了提供DRAM與NAND的持續創新，SK海力士也致力開發新一代的記憶體，以協助大幅提升效率和降低耗電量。
不過，MRAM結構非常複雜，由10多種不同材料和超過30層以上的薄膜與堆疊組成。部分薄膜層的厚度僅達數埃，相近於一顆原子的大小。而控制這些薄膜層的厚度、沉積均勻性、介面品質等參數正是維持效能與品質的關鍵，因為在原子層任何極小的缺陷都會影響裝置效能。這些新型記憶體裝置的效能和可靠性，取決於矽上沉積和整合新興材料的能力。因應此趨勢，應用材料公司也推出全新整合式材料解決方案Endura Clover MRAM PVD系統。
MRAM由10多種不同材料和超過30層以上的薄膜與堆疊組成。
周春明說明，Endura Clover MRAM PVD系統可在超高真空環境下執行多流程步驟，實現整個MRAM單元製造，包括材料沉積、介面清潔和熱處理。其核心是Clover PVD反應室，可在原子層級精度下沉積多達五種材料，滿足MRAM製造需求。在系統層級方面，可整合多達7個Clover PVD反應室到Endura平台，無須真空中斷即可於單一整合式系統中實現複雜的MRAM堆疊沉積。他強調，最佳化序列處理技術可以沉積MRAM堆疊的基本元件，達到最大的晶圓輸出。
據了解，Clover PVD氧化鎂沉積技術是目前市場上唯一可以透過陶瓷濺鍍來沉積氧化鎂的解決方案。另一種替代技術則仰賴兩步驟製程，即先沉積鎂，然後再氧化形成氧化鎂。與替代方案相比之下，Clover PVD已證實可提供改良的讀取訊號耐久性100倍以上。周春明表示，這可幫助實現更低的功率效能和更高的裝置耐久性，滿足邊緣應用所需的特性。
應用材料公司半導體事業群金屬沉積產品處全球產品經理周春明。