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(jì)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(kuò)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(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)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(dāng)舒適。Micron的1α制造工藝預(yù)計(jì)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(jì)效率驅(qū)動的，這表明僅靠光刻技術(shù)的改進(jìn)不足以讓DRAM便宜地制造。像其前輩一樣，美光的1α節(jié)點(diǎn)繼續(xù)使用6F2位線設(shè)計(jì)。盡管如此，該公司已經(jīng)實(shí)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(qiáng)勁提高是由工藝技術(shù)的提高以及由于設(shè)計(jì)改進(jìn)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(jì)改進(jìn)。此外，我們還對工藝技術(shù)進(jìn)行了重大改進(jìn)。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，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(shí)施新工藝方面要更具進(jìn)取精神，我們在世界各地都采用了最新，最先進(jìn)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(jī)器。縮小這些節(jié)距又導(dǎo)致了單元電容器更激進(jìn)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(jìn)的工具和新穎的技術(shù)來改善一個(gè)圖案層與另一個(gè)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(dá)荷州博伊西的總部進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(diǎn)DRAM在整個(gè)數(shù)據(jù)中心，智能邊緣和消費(fèi)類設(shè)備的用例中都實(shí)現(xiàn)了巨大的改進(jìn)。

　　最初，美光將利用其1α節(jié)點(diǎn)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(kuò)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(dāng)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(diǎn)將逐步部署到我們的產(chǎn)品組合中，并將在2022財(cái)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。“

　　可擴(kuò)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(kuò)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(jì)創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。“ DDR5實(shí)際上可以滿足性能需求，同時(shí)我們可以按成本進(jìn)行擴(kuò)展。DDR5可以降低功耗并提供更高的帶寬。與此同時(shí)，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(bǔ)。因此，在降低成本的同時(shí)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)必須變得更薄（與3D NAND不同，它們無法垂直擴(kuò)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?yàn)楣颈仨氃诔杀荆阅埽|(zhì)量和功率之間找到適當(dāng)?shù)钠胶狻?/p>

　　Chandrasekaran先生說：“ DRAM的擴(kuò)展規(guī)模繼續(xù)變得更具挑戰(zhàn)性，特別是當(dāng)我們必須在極低的工藝?yán)麧櫬史秶鷥?nèi)，同時(shí)在成本，功耗，性能以及質(zhì)量方面進(jìn)行優(yōu)化時(shí)。” “在努力提高性能的同時(shí)，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(shí)施昂貴的高級流程解決方案，隨著我們進(jìn)行規(guī)模縮減以降低成本，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(jì)劃，因?yàn)镋UV不能解決DRAM制造商當(dāng)前面臨的所有任務(wù)。

　　美光暫時(shí)沒有EUV計(jì)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(gè)DRAM節(jié)點(diǎn)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(shí)，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(rèn)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(kuò)展需求。“ ”我們正在當(dāng)前和將來的技術(shù)中實(shí)施幾種這樣的解決方案。關(guān)于EUV，正如我們強(qiáng)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(jìn)的控制能力，我們就能滿足技術(shù)節(jié)點(diǎn)的要求。“

　　美光認(rèn)為，未來幾年，EUV增強(qiáng)的制造技術(shù)所帶來的改進(jìn)將被設(shè)備成本和生產(chǎn)困難所抵消，因?yàn)榫虳RAM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(jì)，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(shí)間卻沒有顯著減少，因?yàn)樯a(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(dāng)前的EUV工具不具備先進(jìn)浸入技術(shù)所具備的功能。“ ”盡管采用EUV技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，但其成本和性能仍落后于當(dāng)前的多圖案和先進(jìn)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(jìn)展，以在成本和成本方面進(jìn)行競爭。先進(jìn)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(shí)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(diǎn)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(zé)成其工程師設(shè)計(jì)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(rèn)為是擴(kuò)大規(guī)模的關(guān)鍵因素。美光公司具有先進(jìn)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。”

　　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(diǎn)，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(jì)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(diǎn)將在2024年或更晚的某個(gè)時(shí)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(hù)膜。另一方面，它必須跨多個(gè)層次引入EUV，而無需具備使用EUV進(jìn)行大批量制造（HVM）的經(jīng)驗(yàn)。