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美光公布最新DRAM路线图,4F2Memory Cell能否成为关键技术

笔者于2020年5月17日-20日参加了“2020 IEEE 12th International Memory Workshop(IMW 2020, 国际内存研讨会)”的在线会议,其中,5月18日,镁光科技在会议上做了《最尖端DRAM》的主题演讲,本文笔者就镁光的DRAM主题演讲(论文编号:1-1)简单展开论述。

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International Memory Workshop(IMW 2020, 国际内存研讨会)的网站。(图片出自:PC.watch)

10纳米级DRAM的细微化还将继续发展

迄今为止,就制程而言的10纳米(即20纳米以下)级DRAM的细微化蓝图(Roadmap)已经发展经历了五个代际,具体被称为:“1X纳米代”、“1Y纳米代”、“1Z纳米代”、“1α纳米代(1Anm)”、“1β纳米代(1B纳米代)”。

2018年夏季, “1X纳米代”处于量产中、完成了“1Y纳米代”的研发且处于客户认证中、“1Z纳米代”处于硅芯片(Silicon Die)级别的研发(即处于优化工艺制程的过程中)。后来的“1α纳米代(1Anm)”处于研发期,且在推进工艺技术的集成化。2018年底,“1Y纳米代”开始量产。

2019年夏季,“1Z纳米代”开始量产,且将“1Z纳米代”的生产技术应用于16Gbit DDR4 SDRAM和16Gbit LPDDR4 SDRAM的生产。

以上列举的仅仅是缩略代号,具体而言,“1X纳米代”为19纳米-18纳米、“1Y纳米代”为17纳米-16纳米、“1Z纳米代”为16纳米-14纳米(在镁光进行了主题演讲后,答疑环节获得了此处的具体数值)。可以看出,代际的细微化发展仅有1纳米-2纳米左右,如果按照以上这个节奏发展下去,可以推测出“1α纳米代(1Anm)”为14纳米以下、“1β纳米代(1B纳米代)”为13纳米以下。

在镁光的演讲中,也展示了其未来的发展蓝图(Roadmap),“1β纳米代(1B纳米代)”以后为“1γ纳米代”、“1δ纳米代”。就细微化尺寸而言,推测“1γ纳米代”为12纳米级、“1δ纳米代”为11纳米级。

各个代际的量产间隔未来还会保持12个月左右的时间。具体而言如下:“1α纳米代(1Anm)”的量产时间预计在2020年末-2021年初,“1β纳米代(1B纳米代)”的量产时间预计在2021年末-2022年初,“1γ纳米代”的量产时间预计在2022年末-2023年初,“1δ纳米代”的量产时间预计在2023年末-2024年初。

EUV曝光暂不实行、但有可能率先导入4F2Cell

就尖端DRAM的研发而言,现在人们普遍关注的是EUV Lithography(EUV光刻技术)与4F2Memory Cell技术的导入。大型DRAM厂家三星(Samsung Electronics)在今年(2020年)3月25日正式公布说,已经开始运用EUV光刻技术的工艺来量产DRAM模组(Module)。此外,大型DRAM厂家海力士(SK Hynix)也预计会在不久的将来把EUV光刻技术应用到DRAM的生产中。

然而,镁光却对EUV光刻技术的采用持有较消极的态度。在2018年6月份,镁光明确表示,在“1β纳米代(1B纳米代)”之前,都不会采用EUV光刻技术。在此次的主题演讲后的答疑环节中,镁光表示:“1β纳米代(1B纳米代)”不采用EUV光刻,即使采用EUV光刻,也是在“1γ纳米代”之后,此外,目前还没有决定“1γ纳米代”是否采用EUV光刻。就EUV光刻的技术要素而言,镁光表示,目前正在关注光刻胶(Resist)技术、光罩(Reticle, Mask)技术的研发情况。

另一方面,就4F2Memory Cell的导入而言,镁光表现出了模棱两可、神秘的态度。顺便说一下,在当前的DRAM Cell的技术中6F2Memory Cell是主流。如果导入4F2Memory Cell技术,从理论上看,Memory Cell(存储单元)面积会缩小至6F2Memory Cell的三分之二左右。镁光在演讲中表示,4F2Memory Cell的关键要素在于新材料(New Material)。

在答疑环节,笔者感受到镁光会优先采用4F2Memory Cell技术,而不是EUV光刻技术。但是,细微化的加工技术对4F2Memory Cell而言是现存的一大难题。

在镁光演讲的幻灯片中,笔者观察到自“1β纳米代”以后,ArF液浸曝光的Multi Patterning(多重成像)技术将会发生较大的变化。在“1α纳米代(1Anm)”之前,Double Patterning(双重成像)的较多、Quadruple Patterning(四重成像)的极其少。此外,在“1β纳米代(1B纳米代)”以后,Quadruple Patterning(四重成像)的开始增多、Double Patterning(双重成像)逐步变少。如果导入4F2Memory Cell技术,光刻技术的负担将会进一步加大,而且,对蚀刻(Etching)技术、成膜技术的要求也会很严格,需要在技术上下大功夫。

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