一種新的材料組合可能實現3D垂直式的非揮發記憶體(NVM)架構，讓廠商得以用可負擔的成本為高密度、高性能運算應用設計晶片，甚至能催生第二代的3D Xpoint技術。

德國材料大廠默克集團(Merck KGaA, Darmstadt, Germany)旗下的全資子公司Intermolecular近來宣佈，該公司已經開發出一種他們認為是業界首創的四級原子層沉積(quaternary ALD) GeAsSeTe OTS元件，可實現3D垂直記憶體陣列。

Intermolecular元件工程師Mario Laudato表示，該元件克服了無法堆疊數十層3D結構的挑戰，這個問題限制了記憶體的密度並導致更高的成本。該公司開發的新材料組合有助於實現那種架構，支援像是人工智慧(AI)、神經形態運算(neuromorphic computing)等新興應用，以及其他實現更快、成本更低廉數位應用不可或缺的半導體設計。

在2004年成立於美國矽谷的Intermolecular，開發了能透過物理與電氣表徵化(characterize)薄膜與薄膜堆疊的工作流程，以實現記憶體、邏輯元件、鐵電材料與量子運算等領域的材料創新。該公司在2019年成為默克集團一份子，Laudato在接受《EE Times》電話採訪時表示，其3D垂直記憶體陣列元件，可望助力3D Xpoint技術的演進。

「半導體產業正投注大量研發資源，以填補DRAM與NAND快閃記憶體之間的差距；」他表示：「我們應該能讓更多公司加入該市場，推出採用3D Xpoint技術的產品。」

Intermolecular的新方法涉及採用ALD硫屬化物(chalcogenides)替代目前3D Xpoint的物理氣相沉積(PVD)製程；Laudato表示，PVD製程限制了薄膜在大面積上的保形性(conformality)與均質性(homogeneity)，阻礙在3D Xpoint架構建立數十個層。利用ALD硫屬化物，該公司的製程能實現未來更高密度的3D垂直整合。

Intermolecular的ALD製程可望實現更高密度、低成本的3D垂直整合，進一步擴大3D Xpoint技術的市場版圖。
(圖片來源: Intermolecular)

Laudato表示，該公司並非第一個開發ALD OTS薄膜的，有好幾家研究機構與大學在近年來嘗試開發相關技術，但都無法證明在洩漏與耐久性方面與PVD OTS元件相當地的電氣性能。

他指出，Intermolecular的四級ALD OTS GeAsSeTe 薄膜具備與PVD OTS相當甚至更佳的電氣性能；「ALD製程可望加速這類技術的發展，也許明年就會有更多開發與更高密度的新產品，我們將會看到一個更大的市場。」

如近期發表的研究論文所言，Intermolecular首度能整合四級ALD GeAsSeTe OTS元件，證明其高選擇性、優異的耐久性、低電壓漂移以及快速開關，也勾勒了未來ALD硫屬化物薄膜的發展方向；Laudato表示，這為利用以ALD硫屬化物為基礎的選擇器(selector)領先技術，實現多層堆疊整合的3D Xpoint記憶體陣列開闢了一個途徑。

記憶體/儲存技術顧問機構Coughlin Associates總裁Thomas Coughlin表示，作為默克集團旗下的精品級開發實驗室，Intermolecular能在他們可控制並避免污染的環境中一次完成一系列實驗：「他們能處理罕見的材料以及製程；他們願意拿大型業者不想處理的東西來做實驗，或者自己製作、自己進行處理。」

Coughlin並指出，如果Intermolecular能開發出Micron與Intel沒有的智財(IP)，就可能在 3D Xpoint市場上看到其他認為此技術可行的公司。因為Micron迄今發表的相關產品相當少，Intel則實際上為該市場的唯一廠商。

在採用相變化記憶體(PCRAM)的SSD與DIMM產品才剛開始有小量生產的此時，讓3D Xpoint技術成本降低的前景看好；Coughlin指出：「DIMM應該是最有趣的一個部份，因為它們減少了採用昂貴的DRAM；而且既然Intel願意壓低成本好讓其價格低於DRAM，我認為該市場有起飛的跡象。」

編譯：Judith Cheng

(參考原文 ：New NVM Architecture Could Open Up Xpoint Market，By Gary Hilson）

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