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美光推出1α工艺，可将DRAM成本降低40％

硬科技评论 · 公众号 · · 2021-01-27 10:03

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来源： tomshardware

美光公司周二发布了其用于DRAM的新型1α制造工艺。他们计划首先将其用来制造DDR4和LPDDR4存储器，并在之后将其用于生产该公司所有类型的DRAM。

据介绍，该制造技术有望显着降低DRAM成本，但该公司警告说，扩展DRAM变得异常困难。

新型DRAM的新技术

到目前为止，美光已将其DRAM生产的很大一部分转移到了1Z nm节点，该节点既提供高位密度（即，较低的每位成本）又提供高性能（即，提供更高的利润）。因此，美光公司表示，就利润率和产品组合而言，它感觉相当舒适。Micron的1α制造工艺预计将比1Z（成熟的成品率）提高位密度40％，这将相应降低生产者的每位成本。

此外，据说该技术的功耗降低了15％，而且性能更高。美光1α的重要方面之一是，与前一代产品相比，其40％的位密度提高中约有10％是由DRAM设计效率驱动的，这表明仅靠光刻技术的改进不足以让DRAM便宜地制造。像其前辈一样，美光的1α节点继续使用6F2位线设计。尽管如此，该公司已经实施了许多创新，以采用最新的制造工艺来缩小其DRAM。

美光公司DRAM工艺集成副总裁Thy Tran表示：“ 1-alpha位密度的强劲提高是由工艺技术的提高以及由于设计改进带来的阵列效率的极大提高共同推动的。” “仅阵列效率就能为我们带来大约10％的设计改进。此外，我们还对工艺技术进行了重大改进。要实现这一点，就需要大幅缩小位线和字线的间距-可以说是缩小了网格。与以往相比，我们在实施新工艺方面要更具进取精神，我们在世界各地都采用了最新，最先进的技术：新材料–更好的导体，更好的绝缘子，用于沉积，修改或选择性去除（蚀刻）这些材料的新机器。缩小这些节距又导致了单元电容器更激进的缩放，这需要创新来满足结构和电气要求。此外，我们还引入了先进的工具和新颖的技术来改善一个图案层与另一个图案层的对齐方式。”

新技术的研究主要在美光公司位于爱达荷州博伊西的总部进行。但是，工艺开发和制造的发展则是由在美国，台湾和日本等多国的团队密切合作完成的。

美光科技与产品执行副总裁Scott DeBoer表示：“我们的新型1α节点DRAM在整个数据中心，智能边缘和消费类设备的用例中都实现了巨大的改进。

最初，美光将利用其1α节点在其位于桃园和台中的台湾工厂生产8Gb和16Gb DDR4和LPDDR4存储芯片，但最终该技术的使用将扩展到其他类型的存储器。诸如1α之类的技术对于下一代DDR5存储设备特别有用，与当今的DRAM相比，它们将具有更复杂的架构。

Tran先生说：“我们的1α节点将逐步部署到我们的产品组合中，并将在2022财年成为我们的主力。” “我们将逐步过渡我们的晶圆厂，以根据行业需求增加产量。”

可扩展性挑战

近年来，随着行业需要更高的性能，存储技术得到了长足的发展。DDR5和GDDR6X等现代和即将推出的接口比DDR4和GDDR6复杂得多，这就是为什么难以扩展现代DRAM的原因。但是，诸如DDR5和GDDR6X之类的技术的出现是不可避免的，因此，像美光这样的公司将需要在工艺技术的工程方面投入更多的资金。

美光技术开发高级副总裁Naga Chandrasekaran表示：“人们对高性能的需求持续不断，我们能够通过工艺和设计创新来实现这一目标。“ DDR5实际上可以满足性能需求，同时我们可以按成本进行扩展。DDR5可以降低功耗并提供更高的带宽。与此同时，这样的高性能需求对芯片尺寸提出了一些挑战，这些挑战不能仅靠尺寸缩放来弥补。因此，在降低成本的同时提供更高的性能要求极具挑战性，并且需要超越过程解决方案的多种媒介的创新。”

由于现代DRAM处理技术必须变得更薄（与3D NAND不同，它们无法垂直扩展），因此像美光这样的公司所面临的挑战并没有变得更加简单。因为公司必须在成本，性能，质量和功率之间找到适当的平衡。

Chandrasekaran先生说：“ DRAM的扩展规模继续变得更具挑战性，特别是当我们必须在极低的工艺利润率范围内，同时在成本，功耗，性能以及质量方面进行优化时。” “在努力提高性能的同时，我们也不断面临着提高成本的挑战，这会推动尺寸缩放。这一缩放挑战一直存在，并且随着长宽比的增加而变得越来越困难。为了满足对性能/功耗不断增长的需求，我们必须实施昂贵的高级流程解决方案，随着我们进行规模缩减以降低成本，由于设备的局限性，性能/功耗可能会受到挑战，这反过来又导致了对需要更高成本的高级流程的需求。

解决几何尺寸缩放难题的方法之一是采用极紫外（EUV）光刻技术，但这不是美光最近几年的计划，因为EUV不能解决DRAM制造商当前面临的所有任务。

美光暂时没有EUV计划

与行业同行不同，美光科技不打算在短期内使用EUV光刻技术来生产存储器，而是打算依靠各种多重图案。美光的下三个DRAM节点将继续使用深紫外线（DUV）光刻技术，但该公司现在正在考虑将EUV用于其1𝛿制程。同时，即使没有EUV，美光公司也承诺为其下一代存储设备提高性能和功耗，尽管该公司承认缩小DRAM的难度越来越大。

Chandrasekaran先生说：“我们需要在材料，工艺和设备方面不断创新，以满足扩展需求。” “我们正在当前和将来的技术中实施几种这样的解决方案。关于EUV，正如我们强调的那样，我们专有和创新的多图案技术能够满足我们的性能和成本要求。通过我们的制程解决方案和先进的控制能力，我们就能满足技术节点的要求。”

美光认为，未来几年，EUV增强的制造技术所带来的改进将被设备成本和生产困难所抵消，因为就DRAM生产而言，EUV仍处于早期阶段。例如，美光最近展示的一张幻灯片表明，EUV成本过高，可伸缩性优势可忽略不计，关键尺寸（CD）均匀性不完美（这可能会影响质量和性能），而周期时间却没有显着减少，因为生产率EUV扫描仪的数量仍然落后于DUV扫描仪。

美光科技开发高级副总裁说：“当前的EUV工具不具备先进浸入技术所具备的功能。” “尽管采用EUV技术进行了改进，但其成本和性能仍落后于当前的多图案和先进的浸入技术。我们正在不断评估EUV，并相信在未来三年内EUV将取得必要的进展，以在成本和成本方面进行竞争。先进的pitch倍增和浸入技术来提高性能。美光正在评估EUV，并将在满足我们要求的合适时间推出它。

换而言之，美光公司正在开发的的1β和1𝛾节点将不会使用任何EUV层。取而代之的是，该公司将继续使用多图案技术，并责成其工程师设计尽可能高效的DRAM，以确保其设备在比特密度，功率和性能方面具有竞争力。

Chandrasekaran先生说：“ EUV不一定被认为是扩大规模的关键因素。美光公司具有先进的光刻能力和pitch倍增方法来满足图案化要求，并具有前沿技术来确保一层到另一层的良好覆盖。”

但是，下一代光刻技术是不可避免的，因此美光无法忽略EUV。对于目前处于探索模式的1𝛿节点，该公司正在考虑EUV和多图案。此外，该公司正在评估各种设计架构。

假设美光公司大约每年都会引入一种新的制造工艺，就像DRAM制造商在最近几年所做的那样，那么其1𝛿节点将在2024年或更晚的某个时候到来，在全球最大的内存制造商三星取得正反优势的四年之后，推出EUV。一方面，美光将使用完善的EUV工具，掩膜和防护膜。另一方面，它必须跨多个层次引入EUV，而无需具备使用EUV进行大批量制造（HVM）的经验。

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