美光公司周二發(fā)布了其用于DRAM的新型1α制造工藝,。他們計劃首先將其用來制造DDR4和LPDDR4存儲器，并在之后將其用于生產(chǎn)該公司所有類型的DRAM,。
據(jù)介紹，該制造技術(shù)有望顯著降低DRAM成本，但該公司警告說,，擴展DRAM變得異常困難。
新型DRAM的新技術(shù)
到目前為止,，美光已將其DRAM生產(chǎn)的很大一部分轉(zhuǎn)移到了1Z nm節(jié)點,，該節(jié)點既提供高位密度（即，較低的每位成本）又提供高性能（即,，提供更高的利潤）,。因此,，美光公司表示，就利潤率和產(chǎn)品組合而言,，它感覺相當舒適,。Micron的1α制造工藝預(yù)計將比1Z（成熟的成品率）提高位密度40％，這將相應(yīng)降低生產(chǎn)者的每位成本,。
此外,，據(jù)說該技術(shù)的功耗降低了15％，而且性能更高,。美光1α的重要方面之一是,，與前一代產(chǎn)品相比，其40％的位密度提高中約有10％是由DRAM設(shè)計效率驅(qū)動的,，這表明僅靠光刻技術(shù)的改進不足以讓DRAM便宜地制造,。像其前輩一樣，美光的1α節(jié)點繼續(xù)使用6F2位線設(shè)計,。盡管如此,，該公司已經(jīng)實施了許多創(chuàng)新，以采用最新的制造工藝來縮小其DRAM,。
美光公司DRAM工藝集成副總裁Thy Tran表示：“ 1-alpha位密度的強勁提高是由工藝技術(shù)的提高以及由于設(shè)計改進帶來的陣列效率的極大提高共同推動的,。” “僅陣列效率就能為我們帶來大約10％的設(shè)計改進,。此外,，我們還對工藝技術(shù)進行了重大改進。要實現(xiàn)這一點,，就需要大幅縮小位線和字線的間距-可以說是縮小了網(wǎng)格,。與以往相比，我們在實施新工藝方面要更具進取精神,，我們在世界各地都采用了最新,，最先進的技術(shù)：新材料–更好的導(dǎo)體，更好的絕緣子,，用于沉積,，修改或選擇性去除（蝕刻）這些材料的新機器?？s小這些節(jié)距又導(dǎo)致了單元電容器更激進的縮放,，這需要創(chuàng)新來滿足結(jié)構(gòu)和電氣要求。此外,，我們還引入了先進的工具和新穎的技術(shù)來改善一個圖案層與另一個圖案層的對齊方式,。”
新技術(shù)的研究主要在美光公司位于愛達荷州博伊西的總部進行。但是,，工藝開發(fā)和制造的發(fā)展則是由在美國,，臺灣和日本等多國的團隊密切合作完成的。
美光科技與產(chǎn)品執(zhí)行副總裁Scott DeBoer表示：“我們的新型1α節(jié)點DRAM在整個數(shù)據(jù)中心,，智能邊緣和消費類設(shè)備的用例中都實現(xiàn)了巨大的改進,。
最初，美光將利用其1α節(jié)點在其位于桃園和臺中的臺灣工廠生產(chǎn)8Gb和16Gb DDR4和LPDDR4存儲芯片,，但最終該技術(shù)的使用將擴展到其他類型的存儲器,。諸如1α之類的技術(shù)對于下一代DDR5存儲設(shè)備特別有用，與當今的DRAM相比,，它們將具有更復(fù)雜的架構(gòu),。
Tran先生說：”我們的1α節(jié)點將逐步部署到我們的產(chǎn)品組合中，并將在2022財年成為我們的主力,?！?”我們將逐步過渡我們的晶圓廠，以根據(jù)行業(yè)需求增加產(chǎn)量,?！?/p>
可擴展性挑戰(zhàn)
近年來，隨著行業(yè)需要更高的性能,，存儲技術(shù)得到了長足的發(fā)展。DDR5和GDDR6X等現(xiàn)代和即將推出的接口比DDR4和GDDR6復(fù)雜得多,，這就是為什么難以擴展現(xiàn)代DRAM的原因,。但是，諸如DDR5和GDDR6X之類的技術(shù)的出現(xiàn)是不可避免的,，因此,，像美光這樣的公司將需要在工藝技術(shù)的工程方面投入更多的資金。
美光技術(shù)開發(fā)高級副總裁Naga Chandrasekaran表示：”人們對高性能的需求持續(xù)不斷,，我們能夠通過工藝和設(shè)計創(chuàng)新來實現(xiàn)這一目標,。“ DDR5實際上可以滿足性能需求,，同時我們可以按成本進行擴展,。DDR5可以降低功耗并提供更高的帶寬。與此同時,，這樣的高性能需求對芯片尺寸提出了一些挑戰(zhàn),，這些挑戰(zhàn)不能僅靠尺寸縮放來彌補。因此,，在降低成本的同時提供更高的性能要求極具挑戰(zhàn)性,，并且需要超越過程解決方案的多種媒介的創(chuàng)新。”
由于現(xiàn)代DRAM處理技術(shù)必須變得更?。ㄅc3D NAND不同,，它們無法垂直擴展），因此像美光這樣的公司所面臨的挑戰(zhàn)并沒有變得更加簡單,。因為公司必須在成本,，性能，質(zhì)量和功率之間找到適當?shù)钠胶狻?/p>
Chandrasekaran先生說：“ DRAM的擴展規(guī)模繼續(xù)變得更具挑戰(zhàn)性,，特別是當我們必須在極低的工藝利潤率范圍內(nèi),，同時在成本，功耗,，性能以及質(zhì)量方面進行優(yōu)化時,。” “在努力提高性能的同時,，我們也不斷面臨著提高成本的挑戰(zhàn),，這會推動尺寸縮放。這一縮放挑戰(zhàn)一直存在,，并且隨著長寬比的增加而變得越來越困難,。為了滿足對性能/功耗不斷增長的需求，我們必須實施昂貴的高級流程解決方案,，隨著我們進行規(guī)?？s減以降低成本，由于設(shè)備的局限性,，性能/功耗可能會受到挑戰(zhàn),，這反過來又導(dǎo)致了對需要更高成本的高級流程的需求。
解決幾何尺寸縮放難題的方法之一是采用極紫外（EUV）光刻技術(shù),，但這不是美光最近幾年的計劃,，因為EUV不能解決DRAM制造商當前面臨的所有任務(wù)。
美光暫時沒有EUV計劃
與行業(yè)同行不同,，美光科技不打算在短期內(nèi)使用EUV光刻技術(shù)來生產(chǎn)存儲器,，而是打算依靠各種多重圖案。美光的下三個DRAM節(jié)點將繼續(xù)使用深紫外線（DUV）光刻技術(shù),，但該公司現(xiàn)在正在考慮將EUV用于其1??制程,。同時，即使沒有EUV,，美光公司也承諾為其下一代存儲設(shè)備提高性能和功耗,，盡管該公司承認縮小DRAM的難度越來越大。
Chandrasekaran先生說：”我們需要在材料,，工藝和設(shè)備方面不斷創(chuàng)新,，以滿足擴展需求,。“ ”我們正在當前和將來的技術(shù)中實施幾種這樣的解決方案,。關(guān)于EUV,，正如我們強調(diào)的那樣，我們專有和創(chuàng)新的多圖案技術(shù)能夠滿足我們的性能和成本要求,。通過我們的制程解決方案和先進的控制能力,，我們就能滿足技術(shù)節(jié)點的要求?！?/p>
美光認為,，未來幾年，EUV增強的制造技術(shù)所帶來的改進將被設(shè)備成本和生產(chǎn)困難所抵消,，因為就DRAM生產(chǎn)而言,，EUV仍處于早期階段。例如,，美光最近展示的一張幻燈片表明,，EUV成本過高，可伸縮性優(yōu)勢可忽略不計,，關(guān)鍵尺寸（CD）均勻性不完美（這可能會影響質(zhì)量和性能）,，而周期時間卻沒有顯著減少，因為生產(chǎn)率EUV掃描儀的數(shù)量仍然落后于DUV掃描儀,。
美光科技開發(fā)高級副總裁說：”當前的EUV工具不具備先進浸入技術(shù)所具備的功能,。“ ”盡管采用EUV技術(shù)進行了改進,，但其成本和性能仍落后于當前的多圖案和先進的浸入技術(shù),。我們正在不斷評估EUV，并相信在未來三年內(nèi)EUV將取得必要的進展,，以在成本和成本方面進行競爭。先進的pitch倍增和浸入技術(shù)來提高性能,。美光正在評估EUV,，并將在滿足我們要求的合適時間推出它。
換而言之,，美光公司正在開發(fā)的的1β和1??節(jié)點將不會使用任何EUV層,。取而代之的是，該公司將繼續(xù)使用多圖案技術(shù),，并責成其工程師設(shè)計盡可能高效的DRAM,，以確保其設(shè)備在比特密度，功率和性能方面具有競爭力,。
Chandrasekaran先生說：“ EUV不一定被認為是擴大規(guī)模的關(guān)鍵因素,。美光公司具有先進的光刻能力和pitch倍增方法來滿足圖案化要求,，并具有前沿技術(shù)來確保一層到另一層的良好覆蓋?！?/p>
但是,，下一代光刻技術(shù)是不可避免的，因此美光無法忽略EUV,。對于目前處于探索模式的1??節(jié)點,，該公司正在考慮EUV和多圖案。此外,，該公司正在評估各種設(shè)計架構(gòu),。
假設(shè)美光公司大約每年都會引入一種新的制造工藝，就像DRAM制造商在最近幾年所做的那樣,，那么其1??節(jié)點將在2024年或更晚的某個時候到來,，在全球最大的內(nèi)存制造商三星取得正反優(yōu)勢的四年之后，推出EUV,。一方面,，美光將使用完善的EUV工具，掩膜和防護膜,。另一方面,，它必須跨多個層次引入EUV，而無需具備使用EUV進行大批量制造（HVM）的經(jīng)驗,。