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突破天花板!存储密度一下提高40%!不采用EUV的美光最新1α纳米DRAM是如何做到的?

2021-01-28
来源:EETOP
关键词: 存储密度 EUV DRAM

  美光周二宣布使用新型1α制造工艺生产的DRAM开始量产,这是目前世界上最先进的DRAM制造技术。1α制造工艺最初会用于8Gb和16Gb的DDR4和LPDDR4内存生产上,随着时间的推移,未来将用于所有类型的DRAM,有望显着降低DRAM成本。

  美光声称通过一种新工艺打破了1z DRAM节点的天花板,该工艺将存储密度提高了40%!

  DRAM的缩小速度明显慢于许多其他芯片。虽然微处理器的工艺已经到了5nm节点,但DRAM仍然停留在20nm和10nm节点之间,并且从2016年左右开始就一直如此。理论上,10nm是DRAM的极限。

  DRAM的缩小趋势

  正因为如此,制造商们创造了一种新的工艺节点命名方案,它指的是存储单元阵列中有效区域间距的一半的尺寸。惯例如下。

  1x nm:19nm–17nm(Gen1)

  1y nm:16nm–14nm(第2代)

  1z nm:13nm–11nm(第3代)

  目前,厂商只达到了1z的 “节点”。不过现在,美光科技已经成为第一家将下一个最小维度的DRAM--1α推向市场的公司。

  电容器纵横比和DRAM缩放

  出于多种原因,提高DRAM工艺制程并不如像微处理器那么简单。

  

  单个DRAM单元由传输晶体管和存储电容器组成。

  原因之一涉及DRAM的本质。它需要一个存储电容器来保存数值。由于设备的电容大小直接与其物理尺寸有关,因此横向缩小电容器会降低其容量。电容器不仅不再能够容纳可测量的电荷,而且还会更快地泄漏电荷,从而需要更多的动态刷新,这样反而提高了功耗。

  一些行业供应商认为,要充分克服这一挑战,必须大力发展新材料。

  制造的挑战

  使DRAM进一步缩放的另一个限制因素涉及制造方面的挑战。

  硅加工通常依靠光刻技术将详细的图案蚀刻到半导体硅片上。DRAM单元的光刻设计要求,特别是电容器的复杂性,使得制造工艺更加困难。

  

  美光DRAM路线图

  随着特征的缩小,光刻受到瑞利准则(Rayleigh)的限制。该标准指出,不可能使用光刻来蚀刻小于所用光波长的大约一半的特征。这意味着,当特征被蚀刻得足够小时,使用常规技术几乎不可能创建足够精确的DRAM单元。

  一些挑战包括以良好的对齐方式设计电容孔,以及为可预测的行为创造具有精确长宽比的电容。

  内存密度提高40%

  考虑到美光的新型1αDRAM与先前的1z DRAM节点相比,其存储密度提高了40%,因此这一消息对于存储空间意义重大。美光还声称,与1z移动DRAM相比,这项新技术可节省多达15%的功耗。

  据该公司介绍,1α节点将在今年应用在其DRAM产品系列中,以支持目前所有使用DRAM的环境。

  不采用EUV,美光推出新的内存处理节点

  尽管这些挑战使进度惊人地缓慢,但一些供应商仍在进步。美光公司是第一家近期取得重大进展的公司,成为第一家将1α工艺节点投入量产的公司。

  与某些寻求极端紫外线(EUV)光刻技术作为解决方案的公司不同,美光通过“多重图案化”实现了缩小尺寸。该技术背后的思想是通过添加非光刻步骤以从单个较大的特征中创建多个小的特征来提高分辨率。

  

  多重图案化过程

  美光的接下来的三个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1??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光刻机的数量仍然落后于DUV光刻机。

  

  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1??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1??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。

 

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