美光1αDRAM芯片工藝可提升密度40%

美光本周二公布其用于DRAM的1α新工藝，該技術(shù)有望將DRAM位密度提升40%，功耗降低15%。 1α工藝最初被用于生產(chǎn)DDR4和LPDDR4內(nèi)存，未來或?qū)⒌采w美光所有類型的DRAM。

同時，美光提到要實(shí)現(xiàn)DRAM的規(guī)?；院芾щy。鑒于EUV技術(shù)帶來的性能優(yōu)化還無法抵消設(shè)備成本和生產(chǎn)困難，美光近期不打算引入EUV光刻技術(shù)，考慮在未來的1？？工藝中應(yīng)用EUV技術(shù)。

一、美光1α工藝位密度或提升40%

到目前為止，美光已經(jīng)將其DRAM生產(chǎn)的很大一部分轉(zhuǎn)移到其1Z制程，該制程為生產(chǎn)存儲器提供了更高的位密度和性能，可以有效地降低成本。因此，目前美光表示，它對利潤率和產(chǎn)品組合感到相當(dāng)滿意。

美光的1α制程工藝預(yù)計將比1Z的位密度提高40%，這將相應(yīng)地降低生產(chǎn)商的單字節(jié)存儲成本。此外，該技術(shù)據(jù)稱還能降低15%的功耗，以提高存儲器性能。

在美光1α工藝提升的40%位密度中，大約有10%是由DRAM設(shè)計效率驅(qū)動的，這表明非EUV技術(shù)在當(dāng)前生產(chǎn)過程中還有提升空間。

新的1α工藝將如同1Z工藝一樣，繼續(xù)使用6F2位線設(shè)計。目前美光已經(jīng)實(shí)施了許多新的工藝制程，以適應(yīng)小尺寸DRAM的制造。

美光DRAM工藝集成副總裁Thy Tran在被媒體采訪時談到，1α工藝的位密度能顯著提高，是因?yàn)楣に囍瞥痰母倪M(jìn)及設(shè)計效率的提升，這實(shí)現(xiàn)了矩陣效率的提高，也帶來了10%左右的存儲器性能提升。

美光對工藝技術(shù)改進(jìn)了許多，比如大幅度縮小了位線（bitline）、字線（wordline）和網(wǎng)格（grid）。美光能夠做到這一點(diǎn)，不僅因?yàn)閷π鹿に囍瞥痰姆e極，也因?yàn)樗狭巳蚋鞯?a href="http://www.wenjunhu.com/article/zt/" target="_blank">最新、最好的材料，比如更好的導(dǎo)體材料和絕緣體材料。

最后美光通過沉積、修改或選擇性地蝕刻這些新材料來制作設(shè)備，縮小節(jié)距來使電池電容的容量更大。此外，美光還引入了先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，來改善圖案層（patterned layer）。

DRAM 1α這項(xiàng)新工藝完成于美國愛達(dá)荷州博伊西的美光總部，但工藝制程的開發(fā)和制造過程涉及到了全球多個團(tuán)隊(duì)。

美光科技技術(shù)與產(chǎn)品執(zhí)行副總裁Scott DeBoer稱，采用了新1α工藝的DRAM器件在應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、邊緣AI和消費(fèi)電子時，將解決很多問題。

一開始，美光會在其位于桃園和臺中的晶圓工廠中，使用1α工藝生產(chǎn)8GB和16GB的DDR4和LPDDR4內(nèi)存，最后該工藝將應(yīng)用所有類型的內(nèi)存。

因?yàn)镈DR5存儲設(shè)備將具備更復(fù)雜的架構(gòu)，像1α這樣的工藝對于下一代DDR5存儲設(shè)備格外重要。

Tran先生說：“我們的1α工藝將逐步部署在我們的產(chǎn)品組合中，并將在2022年成為主要工藝。同時晶圓廠也將逐漸升級，以配合生產(chǎn)，符合行業(yè)需求?！?/p>

二、存儲器技術(shù)的升級對現(xiàn)有工藝制程將是巨大挑戰(zhàn)

近年來，因?yàn)楦叩男阅苄枨?，存儲技術(shù)有了很大的發(fā)展。

其中具有代表性的DDR5和GDDR6X存儲器，就會比之前DDR4、GDDR6存儲器等復(fù)雜得多，這也是為什么DRAM技術(shù)需要升級的原因。

新存儲技術(shù)的出現(xiàn)總會需要對現(xiàn)有工藝制程進(jìn)行改造，像美光這樣的存儲芯片公司就需要在工藝技術(shù)的升級上投入更多的資金。

對此，美光技術(shù)開發(fā)高級副總裁Naga Chandrasekaran稱，更高性能存儲器的需求將會一直存在，美光有能力通過工藝和設(shè)計創(chuàng)新滿足這一點(diǎn)。

比如新一代的DDR5雖然可以降低功耗，提供更高的帶寬，但這種高性能的要求也對芯片尺寸提出了新的要求，單純的尺寸縮放將無法滿足生產(chǎn)需要。

而降低存儲器成本的同時，還要滿足更高的性能要求極具挑戰(zhàn)性，這需要在工藝制程之外的多個領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新。Chandrasekaran提到，美光就在滿足了DDR5性能要求的同時，還考慮了成本因素。

這樣的案例并不特殊，由于DRAM的處理技術(shù)開始變得更薄，美光這樣的公司必須在成本、性能、質(zhì)量和功耗之間找到合適的平衡。

Chandrasekaran說：“DRAM的擴(kuò)展將變得更具挑戰(zhàn)性，特別是當(dāng)我們不得不與極其緊張的利潤率作斗爭時，還要優(yōu)化存儲器的部件成本、功耗、性能和質(zhì)量?！?/p>

三、美光近期將不會使用EUV光刻技術(shù)

解決存儲器幾何尺寸縮放的方法之一是采用EUV光刻技術(shù)，但美光公司近期并不準(zhǔn)備引入該技術(shù)，因?yàn)镋UV并不能解決他們目前面臨的很多問題。

美光接下來的三個DRAM節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)使用深紫外線（DUV）光刻技術(shù)，但他們正在考慮在1？？工藝中使用EUV技術(shù)。

同時，即使沒有EUV，美光也承諾改善下一代內(nèi)存設(shè)備的性能和功耗。

“美光會在材料、工藝和設(shè)備上不斷創(chuàng)新，以滿足規(guī)模化的需求。”Chandrasekaran說，“我們正在研發(fā)相關(guān)技術(shù)?！?/p>

他還稱EUV技術(shù)目前對美光并不是必需品，他們在多圖案技術(shù)方面的專利和創(chuàng)新能夠滿足新技術(shù)下的性能和成本需求。

美光認(rèn)為，未來幾年，由于EUV技術(shù)還處于DRAM生產(chǎn)的早期階段，其帶來的工藝改進(jìn)將被設(shè)備成本和生產(chǎn)困難所抵消。例如，美光最近展示的一張幻燈片表明，EUV技術(shù)成本過高，可擴(kuò)展性優(yōu)勢忽略不計，關(guān)鍵尺寸（CD）均勻性不完美，而周期時間也并沒有顯著減少，因此目前EUV技術(shù)的生產(chǎn)效率仍然落后于DUV技術(shù)。

▲EUV技術(shù)可能在DRAM存儲芯片生產(chǎn)上的時間節(jié)點(diǎn)

Naga Chandrasekaran稱：“目前EUV技術(shù)在存儲器方面的生產(chǎn)仍無法與先進(jìn)的浸入式技術(shù)（immersion technology）相媲美。EUV也不一定是規(guī)模化生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，美光現(xiàn)有技術(shù)足以保證產(chǎn)品性能?！?/p>

他還提到，雖然EUV技術(shù)正在進(jìn)行改進(jìn)，但其成本和性能仍落后于當(dāng)前的生產(chǎn)模式。不過未來三年內(nèi)，EUV技術(shù)可能會在成本和性能方面取得必要的進(jìn)展。

所以美光也會一直推進(jìn)對該技術(shù)的關(guān)注，并在符合要求的適當(dāng)時間引入該技術(shù)。

這種情況下，正在開發(fā)中的1β和1？？工藝將不會使用任何EUV設(shè)備。相反，該公司將繼續(xù)使用現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)，并指派其工程師設(shè)計在位密度、功耗和性能方面具有競爭力的DRAM器件。

美光大約每年都會引進(jìn)一種新的制程工藝，根據(jù)外媒推算，它的1？？工藝將在2024年或更晚的時候推出。這代表美光使用EUV技術(shù)可能落后全球最大內(nèi)存制造商三星四年，這有利有弊。

屆時美光將使用成熟的EUV設(shè)備、鍍膜和抗蝕劑。相應(yīng)的，它將不得不在沒有用EUV技術(shù)進(jìn)行大批量生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)時，跨多層使用EUV技術(shù)。

結(jié)語：美光的保守態(tài)度可能出于成本考慮

美光作為全球最大的存儲芯片廠商之一，它一定程度上代表了存儲技術(shù)的進(jìn)步趨勢，因此其在技術(shù)上的突破意義重大。

目前全球存儲芯片市場壟斷程度不斷加劇，行業(yè)前三的龍頭分別是三星、SK海力士和美光。DRAM市場大部分由三星、SK海力士和美國美光三家占據(jù)，而NAND Flash市場幾乎全部被三星、SK海力士、日本東芝、閃迪（SanDisk）、美光和英特爾等六家瓜分，其中三星居壟斷地位。

由于存儲芯片的特殊性，它的設(shè)計相對簡單，因此產(chǎn)品的線寬、產(chǎn)能、成品率與折舊是生產(chǎn)成本的核心。在這種情況下，美光對EUV技術(shù)采取保守策略也是有相應(yīng)現(xiàn)實(shí)意義的。
責(zé)編AJX