三星電子近期將極紫外(EUV)光刻技術(shù)應(yīng)用在基于 1z-nm 工藝的 DRAM 上，并且完成了量產(chǎn)。
半導(dǎo)體分析機(jī)構(gòu) TechInsights 拆解了分別采用 EUV 光刻技術(shù)和 ArF-i 光刻技術(shù)的三星 1z-nm 工藝 DRAM，它認(rèn)為該技術(shù)提升了三星的生產(chǎn)效率，并減小了 DRAM 的核心尺寸。TechInsights 還將三星的與美光的 1z-nm 工藝 DRAM 進(jìn)行了對(duì)比，三星的 DRAM 在芯片超單元尺寸(Cell Size)方面同樣較小。
一、三款 1z-nm DRAM 芯片使用 EUV 技術(shù)，核心尺寸縮小 18%
三星在 2019 年末大批量生產(chǎn)了 100 萬顆采用 1x-nm 工藝和 EUV 技術(shù)的 DRAM。緊接著在去年年初，三星電子首次宣布將研發(fā)分別使用了 ArF-i 技術(shù)和 EUV 技術(shù)的 1z-nm DRAM。如今，三星已經(jīng)在量產(chǎn)的 1z-nm DRAM 上應(yīng)用了 EUV 技術(shù)。
目前三星對(duì)采用 1z-nm 工藝的 8GB DDR4、12GB LPDDR5 和 16GB LPDDR5 進(jìn)行了 EUV 技術(shù)升級(jí)。
12GB LPDDR5 和 16GB LPDDR5 DRAM 已經(jīng)應(yīng)用在三星 Galaxy S21 5G 系列的手機(jī)中，其中 S21、S21 + 和 S21 Ultra 三款手機(jī)于 2021 年 1 月發(fā)布。
三星 Galaxy S21 Ultra 的 RAM 中使用的是 12GB LPDDR5 芯片，而 S21 和 S21 + 手機(jī)的 RAM 組件中使用了 16GB LPDDR5 芯片。
TechInsights 稱，三星 1z-nm 工藝的生產(chǎn)效率比以前的 1y-nm 工藝高出 15%以上。D/R(Design Rule)從 1y-nm 工藝的 17.1nm 降低到 1z-nm 工藝的 15.7nm，核心尺寸也從 53.53mm2 減小到 43.98mm2，比之前縮小了約 18%。
三星電子將其最先進(jìn)的 1z-nm 工藝與 EUV 光刻技術(shù)集合在了 12GB LPDDR5 芯片上，而同樣基于 1z-nm 工藝的 16 GB LPDDR5 芯片則使用了非 EUV 光刻技術(shù)。
電子行業(yè)媒體 EETimes 猜測(cè)，很可能三星最初開發(fā)的 LPDDR5 產(chǎn)品是采用 ArF-i 和 EUV 光刻技術(shù)混合的 SNLP(Storage Node Landing Pad)/BLP(Bit Line Pad)技術(shù)，現(xiàn)在它生產(chǎn)的所有 1z-nm 工藝 LPDDR5 芯片都是基于 EUV 光刻技術(shù)，其芯片可能由它在韓國平澤市的第二條生產(chǎn)線進(jìn)行制造。
三星在 12GB LPDDR5 芯片上采用了 EUV 光刻技術(shù)，其關(guān)鍵尺寸約為 40nm，S/A(sense amplifier circuitry)區(qū)域線寬為 13.5nm。通過使用 EUV 技術(shù)，可以改善 S/A 區(qū)域中 BLP 封裝技術(shù)的線邊緣粗糙度(LER)，并減少了橋接 / 短路缺陷。
二、美光暫不使用 EUV 技術(shù)，超單元尺寸僅有 0.00197µm2
與美光 1z-nm DRAM0.00204µm2 的超單元尺寸相比，三星的 1z-nm DRAM 超單元尺寸只有 0.00197µm2。三星 1z-nm DRAM 的 D/R 為 15.7nm，美光的則是 15.9nm。
目前美光對(duì)基于 1z-nm 工藝的 DRAM，均使用基于 ArF-i 的光刻技術(shù)，并且宣布暫時(shí)不會(huì)在 1α-nm 和 1β-nm 的 DRAM 中采用 EUV 光刻技術(shù)。而三星將在 1α-nm、1β-nm DRAM 上繼續(xù)使用 EUV 技術(shù)。
三星的 DRAM 超單元尺寸和 D/R 正在隨著技術(shù)的進(jìn)步而越變?cè)叫 Ｈ?DRAM 超單元尺寸變化如下圖所示，包括從 3x-nm 到 1z-nm DRAM 尺寸。
三星 DRAM 的 D/R 趨勢(shì)則如下圖所示。雖然 DRAM 超單元的尺寸和 D/R 縮放變得越來越難，但是三星仍將 1z-nm DRAM 的 D/R 減小到 15.7nm，比 1y-nm 工藝縮小了 8.2%。
結(jié)語：三星技術(shù)領(lǐng)先，美光、SK 海力士伺機(jī)而動(dòng)
因?yàn)榇鎯?chǔ)芯片行業(yè)存在成本高昂、供求敏感、周期時(shí)間較長(zhǎng)等特性，美光等其他廠商因成本原因?qū)?EUV 技術(shù)比較保守。但是三星作為世界存儲(chǔ)芯片龍頭，對(duì)待 EUV 技術(shù)較為積極，一直在探索 EUV 技術(shù)在存儲(chǔ)芯片方面應(yīng)用的道路，現(xiàn)在已經(jīng)在這一方向上取得了領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
不過在 2020 年 DRAM 強(qiáng)力的市場(chǎng)漲幅和 IC Insights 等研究機(jī)構(gòu)對(duì)市場(chǎng)的積極預(yù)期背景下，美光、SK 海力士等存儲(chǔ)芯片廠商或許會(huì)加大在新技術(shù)、工藝制程方面的投入，同時(shí)利用成熟技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)，與三星進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。
