三星和SK海力士都已實(shí)現(xiàn)，EUV DRAM 的壓力來到美光這邊？

近日，SK海力士官網(wǎng)發(fā)布新聞消息稱，公司已于7月初開始量產(chǎn)適用第四代10nm（1a）級(jí)工藝的8Gb LPDDR4 移動(dòng)端DRAM產(chǎn)品。值得注意的是，這是SK海力士首次采用EUV技術(shù)進(jìn)行DRAM量產(chǎn)。
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SK海力士將這一進(jìn)展定義為：意義非凡。
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激進(jìn)的三星和SK海力士

在談?wù)揈UV DRAM是否非凡之前，我們先了解一些關(guān)聯(lián)技術(shù)。從原理上說，光刻技術(shù)就是利用光化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法將掩模板上的圖案?jìng)鬟f到晶圓的工藝技術(shù)。近半個(gè)多世紀(jì)，半導(dǎo)體行業(yè)的迅猛發(fā)展離不開光刻技術(shù)。
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光刻技術(shù)在推進(jìn)芯片不斷走向高集成、小型化的同時(shí)，自身也在不斷提升，DUV曝光光源的波長(zhǎng)從436nm一路精進(jìn)到了193nm。光刻機(jī)分辨率=k1*λ/NA，其中k1是常數(shù)（不同的光刻機(jī)k1不同），λ是光源波長(zhǎng)，NA是物鏡的數(shù)值孔徑。在其他參數(shù)相同的情況下，波長(zhǎng)越短分辨率便越高，工藝越先進(jìn)。DUV光刻即便搭配雙機(jī)臺(tái)模式也只能做到10nm?，F(xiàn)在先進(jìn)工藝已經(jīng)開始要量產(chǎn)3nm，只能依靠EUV光刻技術(shù)去實(shí)現(xiàn)。正如三星所言，從?193nm波長(zhǎng)的DUV光刻到13.5nm波長(zhǎng)的EUV光刻，這是顯著的改善。以此可以看出三星對(duì)于EUV的態(tài)度。
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在DRAM領(lǐng)域，三星是最先宣布EUV DRAM進(jìn)展的公司。得益于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，早在去年3月份，三星便對(duì)外宣布，基于 EUV 的第一代 10nm DRAM (D1x) 已完成其客戶評(píng)估，首批交付的模塊達(dá)到了100萬塊量級(jí)。僅僅過去半年之后，三星再次放出消息稱，其位于韓國(guó)平澤的第二條生產(chǎn)線已開始量產(chǎn)業(yè)界首款采用EUV技術(shù)的 16Gb LPDDR5，帶寬高達(dá)6400Mbps。
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三星總結(jié)了采用EUV技術(shù)生產(chǎn)DRAM的好處。首先，可以用更小、更精細(xì)的形式繪制電路；其次，大幅節(jié)省了掩模成本和光刻處理步驟；第三，在相同的表面積中能夠存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)；此外，芯片能耗更令人滿意。
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從時(shí)間節(jié)點(diǎn)和產(chǎn)品特性上來看，三星對(duì)于EUV DRAM的量產(chǎn)確實(shí)更有心得。
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如今，SK海力士已經(jīng)成為全球第二家采用EUV光刻技術(shù)量產(chǎn)LPDDR產(chǎn)品的公司。SK海力士表示，在此前生產(chǎn)1y納米級(jí)產(chǎn)品過程中曾部分采用了EUV技術(shù)，事先完成了對(duì)其穩(wěn)定性的驗(yàn)證，此次量產(chǎn)確保了EUV工藝技術(shù)的穩(wěn)定性，未來1a納米級(jí) DRAM都將采用EUV工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
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在LPDDR4之后，SK海力士計(jì)劃從明年初開始將1a納米級(jí)工藝導(dǎo)入到DDR5產(chǎn)品中。
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保守or別有所圖的美光

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前全球DRAM的市場(chǎng)份額主要控制在三星、SK海力士和美光手中。參考2020年Q3的市場(chǎng)份額占比，三星占據(jù)41.3%，SK海力士占28.2%，美光占25%。三家合計(jì)占了全行業(yè)近95%的市場(chǎng)份額。
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在三星和SK海力士紛紛表示自己在EUV DRAM芯片上有新進(jìn)展時(shí)，美光對(duì)EUV光刻技術(shù)卻顯得很是遲緩。
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根據(jù)外媒消息，美光計(jì)劃從2024年開始，將EUV納入DRAM開發(fā)路線圖。在兩家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都相繼宣布量產(chǎn)EUV DRAM之際，美光的EUV光刻機(jī)才姍姍來遲。在美光2021財(cái)年的資本支出中，有一部分費(fèi)用便是從ASML買EUV設(shè)備。有消息透露，美光也在加速自己的EUV進(jìn)程，正在通過多種渠道招募EUV技術(shù)人員。
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當(dāng)然，美光還是有一套自己的節(jié)奏和打法。從目前的市場(chǎng)消息來看，美光沒有借助EUV光刻技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了自己的1α制程。在該制程，美光繼續(xù)使用6F2位線設(shè)計(jì)，通過改進(jìn)工藝技術(shù)，最終相較于上一代的 1z DRAM 制程，1α 技術(shù)將內(nèi)存密度提升了 40%，使內(nèi)存解決方案更節(jié)能、更可靠，并為需要最佳低功耗 DRAM 產(chǎn)品的移動(dòng)平臺(tái)帶來運(yùn)行速度更快的 LPDDR5。
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美光認(rèn)為現(xiàn)階段并不是將EUV導(dǎo)入DRAM的好時(shí)機(jī)。美光企業(yè)副總裁、中國(guó)臺(tái)灣美光董事長(zhǎng)徐國(guó)晉去年在三星熱火朝天宣傳EUV DRAM時(shí)明確講到，美光暫不打算跟進(jìn)。
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美光這么做的原因有二。其一，美光認(rèn)為DUV DRAM仍然有很大的價(jià)值可以壓榨，美光沒有采用EUV實(shí)現(xiàn)1α制程就是一個(gè)力證；其二，從技術(shù)成熟度和成本考慮，當(dāng)前并不是導(dǎo)入EUV的最佳時(shí)機(jī)。
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美光的做法是“欺騙”瑞利準(zhǔn)則。衍射限制了透鏡的分辨度，我們經(jīng)常使用瑞利準(zhǔn)則來表征顯微鏡或望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的分辨率極限。美光通過改變掩膜的圖案，以此讓光線呈現(xiàn)出更加銳利的特征。也包括利用水比空氣衍射光少，將晶圓暴露在水下，用一滴水代替了最終透鏡和晶片表面之間的常見氣隙。還有使用新材料等等。
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所有這些努力過后，美光在不借助EUV光刻機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)了自己的1α制程，產(chǎn)品性能仍處于第一梯隊(duì)。
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后記

目前，三大DRAM廠商可以說是分成了兩派。三星和SK海力士是激進(jìn)派，爭(zhēng)取讓EUV光刻技術(shù)在DRAM領(lǐng)域更快地發(fā)揮巨大能量；美光則屬于保守派，即便沒有采用EUV光刻技術(shù)，目前在尖端DRAM產(chǎn)品上也保持著巨頭的水準(zhǔn)。
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但在半導(dǎo)體制程一次又一次刷新nm單位前面的最小數(shù)字時(shí)，10nm也不再是DRAM工藝的極限，對(duì)于EUV技術(shù)的熟練程度很有可能成為產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的決定因素，這可能就是美光先緩后急的原因吧。競(jìng)爭(zhēng)不在當(dāng)下，而在未來。