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
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制造工藝預計將比1Z（成熟的成品率）提高位密度40％，這將相應降低生產(chǎn)者的每位成本。
此外，據(jù)說該技術的功耗降低了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設計效率驅(qū)動的，這表明僅靠光刻技術的改進不足以讓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的提高以及由于設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％的設計改進。此外，我們還對工藝技術進行了重大改進。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：新材料–更好的導體，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來改善一個圖案層與另一個圖案層的對齊方式。”
新技術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，但最終該技術的使用將擴展到其他類型的存儲器。諸如1α之類的技術對于下一代DDR5存儲設備特別有用，與當今的DRAM相比，它們將具有更復雜的架構(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的工程方面投入更多的資金。
美光技術開發(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?！?/p>
由于現(xiàn)代DRAM處理技術必須變得更薄（與3D 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，由于設備的局限性，性能/功耗可能會受到挑戰(zhàn)，這反過來又導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，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。
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，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中實施幾種這樣的解決方案。關于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，我們就能滿足技術節(jié)點的要求。“
美光認為，未來幾年，EUV增強的制造技術所帶來的改進將被設備成本和生產(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所具備的功能?！?”盡管采用EUV技術進行了改進，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。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，并責成其工程師設計盡可能高效的DRAM，以確保其設備在比特密度，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，并具有前沿技術來確保一層到另一層的良好覆蓋?！?/p>
但是，下一代光刻技術是不可避免的，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計架構(gòu)。
假設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。