解密美光最新1α內存工藝！性能提升40%，與三星掰手腕

芯東西（公眾號：aichip001）

編譯 | 高歌

編輯 | 雲鵬

芯東西1月27日消息，美光本周二公布其用於DRAM的1α新工藝，該技術有望將DRAM位密度提升40%，功耗降低15%。

1α工藝最初被用於生產DDR4和LPDDR4內存，未來或將但覆蓋美光所有類型的DRAM。

同時，美光提到要實現DRAM的規模化仍很困難。鑒於EUV技術帶來的性能優化還無法抵消設備成本和生產困難，美光近期不打算引入EUV光刻技術，考慮在未來的1𝛿工藝中應用EUV技術。

一、美光1α工藝位密度或提升40%

到目前為止，美光已經將其DRAM生產的很大一部分轉移到其1Z製程，該製程為生產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，它對利潤率和產品組合感到相當滿意。

美光的1α製程工藝預計將比1Z的位密度提高40%，這將相應地降低生產商的單字節存儲成本。此外，該技術據稱還能降低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設計效率驅動的，這表明非EUV技術在當前生產過程中還有提升空間。

新的1α工藝將如同1Z工藝一樣，繼續使用6F2位線設計。目前美光已經實施了許多新的工藝製程，以適應小尺寸DRAM的製造。

美光DRAM工藝集成副總裁Thy Tran在被媒體採訪時談到，1α工藝的位密度能顯著提高，是因為工藝製程的改進及設計效率的提升，這實現了矩陣效率的提高，也帶來了10%左右的存儲器性能提升。

美光對工藝技術改進了許多，比如大幅度縮小了位線（bitline）、字線（wordline）和網格（grid）。美光能夠做到這一點，不僅因為對新工藝製程的積極，也因為它整合了全球各地最新、最好的材料，比如更好的導體材料和絕緣體材料。

最後美光通過沉積、修改或選擇性地蝕刻這些新材料來製作設備，縮小節距來使電池電容的容量更大。此外，美光還引入了先進的設備和技術，來改善圖案層（patterned layer）。

DRAM 1α這項新工藝完成於美國愛達荷州博伊西的美光總部，但工藝製程的開發和製造過程涉及到了全球多個團隊。

美光科技技術與產品執行副總裁Scott DeBoer稱，採用了新1α工藝的DRAM器件在應用於數據中心、邊緣AI和消費電子時，將解決很多問題。

一開始，美光會在其位於桃園和台中的晶圓工廠中，使用1α工藝生產8GB和16GB的DDR4和LPDDR4內存，最後該工藝將應用所有類型的內存。

因為DDR5存儲設備將具備更複雜的架構，像1α這樣的工藝對於下一代DDR5存儲設備格外重要。

Tran先生說：“我們的1α工藝將逐步部署在我們的產品組合中，並將在2022年成為主要工藝。同時晶圓廠也將逐漸升級，以配合生產，符合行業需求。”

二、存儲器技術的升級對現有工藝製程將是巨大挑戰

近年來，因為更高的性能需求，存儲技術有了很大的發展。

其中具有代表性的DDR5和GDDR6X存儲器，就會比之前DDR4、GDDR6存儲器等複雜得多，這也是為什麼DRAM技術需要升級的原因。

新存儲技術的出現總會需要對現有工藝製程進行改造，像美光這樣的存儲芯片公司就需要在工藝技術的升級上投入更多的資金。

對此，美光技術開發高級副總裁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計創新滿足這一點。

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性，這需要在工藝製程之外的多個領域進行創新。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。

這樣的案例並不特殊，由於DRAM的處理技術開始變得更薄，美光這樣的公司必須在成本、性能、質量和功耗之間找到合適的平衡。

美光DRAM先進制程的工藝節點

Chandrasekaran說：“DRAM的擴展將變得更具挑戰性，特別是當我們不得不與極其緊張的利潤率作鬥爭時，還要優化存儲器的部件成本、功耗、性能和質量。”

三、美光近期將不會使用EUV光刻技術

解決存儲器幾何尺寸縮放的方法之一是採用EUV光刻技術，但美光公司近期並不准備引入該技術，因為EUV並不能解決他們目前面臨的很多問題。

美光接下來的三個DRAM節點將繼續使用深紫外線（DUV）光刻技術，但他們正在考慮在1𝛿工藝中使用EUV技術。

同時，即使沒有EUV，美光也承諾改善下一代內存設備的性能和功耗。

“美光會在材料、工藝和設備上不斷創新，以滿足規模化的需求。”Chandrasekaran說，“我們正在研發相關技術。”

他還稱EUV技術目前對美光並不是必需品，他們在多圖案技術方面的專利和創新能夠滿足新技術下的性能和成本需求。

美光認為，未來幾年，由於EUV技術還處於DRAM生產的早期階段，其帶來的工藝改進將被設備成本和生產困難所抵消。例如，美光最近展示的一張幻燈片表明，EUV技術成本過高，可擴展性優勢忽略不計，關鍵尺寸（CD）均勻性不完美，而周期時間也並沒有顯着減少，因此目前EUV技術的生產效率仍然落後於DUV技術。

EUV技術可能在DRAM存儲芯片生產上的時間節點

Naga Chandrasekaran稱：“目前EUV技術在存儲器方面的生產仍無法與先進的浸入式技術（immersion technology）相媲美。EUV也不一定是規模化生產的關鍵因素，美光現有技術足以保證產品性能。”

他還提到，雖然EUV技術正在進行改進，但其成本和性能仍落後於當前的生產模式。不過未來三年內，EUV技術可能會在成本和性能方面取得必要的進展。

所以美光也會一直推進對該技術的關注，並在符合要求的適當時間引入該技術。

這種情況下，正在開發中的1β和1𝛾工藝將不會使用任何EUV設備。相反，該公司將繼續使用現有生產技術，並指派其工程師設計在位密度、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一種新的製程工藝，根據外媒推算，它的1𝛿工藝將在2024年或更晚的時候推出。這代表美光使用EUV技術可能落後全球最大內存製造商三星四年，這有利有弊。

屆時美光將使用成熟的EUV設備、鍍膜和抗蝕劑。相應的，它將不得不在沒有用EUV技術進行大批量生產的經驗時，跨多層使用EUV技術。

結語：美光的保守態度可能出於成本考慮

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的進步趨勢，因此其在技術上的突破意義重大。

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佔據，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。

由於存儲芯片的特殊性，它的設計相對簡單，因此產品的線寬、產能、成品率與折舊是生產成本的核心。在這種情況下，美光對EUV技術採取保守策略也是有相應現實意義的。

來源：Tom’s Hardware