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拆解:EUV工艺生产的DRAM好在哪?

2021-03-03
来源: 电子工程专辑
关键词: EUV DRAM 三星

  经过几个月的漫长等待之后,三星电子(Samsung Electronics)采用极紫外光(EUV)微影工艺的D1z DRAM终于量产了!

  三星电子在今年稍早发表了号称业界首创,同时分别采用氟化氩浸润式微影(ArF-i)工艺与EUV微影技术的D1z DRAM,而TechInsights很兴奋地宣布,我们针对三星最新/最先进D1z DRAM的拆解分析有一些“新发现”,并确认了该技术的一些细节。

  三星电子已经开发了D1z 8Gb DDR4、D1z 12Gb LPDDR5与16Gb LPDDR5 DRAM组件,并号称性能更高;我们发现后面两款(LPDDR5)组件都应用于三星在2021年1月刚上市的Galaxy S21 5G系列(包括S21 5G、S21+ 5G与S21 Untra 5G)智能手机中。12Gb的LPDDR5芯片被应用于Galaxy S21 Ultra 5G的SM-G998B/DS 12GB RAM,16Gb的LPDDR5芯片则可见于S21 5G与S21+ 5G的8GB RAM中。

  在D1z技术节点部份,三星的D1z 12Gb LPDDR5比前一代的D1y 12Gb版本在产量上多了15%,设计规则(D/R)则从(前一代D1y工艺) 17.1纳米,微缩至15.7纳米。整体裸晶尺寸也减少,从53.53mm2 (D1y)缩小至43.98mm2 (D1z),新一代芯片比前一代约缩小18%。

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  表1:8Gb、12Gb与16Gb的三星D1y与D1z LPDDR5芯片比较。

  三星电子标记为K4L2E165YC的12Gb内存芯片是利用最先进D1z技术结合EUV微影,而芯片标记为K4L6E165YB的16Gb LPDDR DRAM芯片则是采用非EUV技术。三星似乎是在一开始同时开发在SNLP (storage node landing pad)/BLP (bit line pad)采用ArF-i与EUV两种微影技术的D1z LPDDR5,现在则是全面以EUV SNLP/BLP微影生产D1z LPDDR5。

  2019年底,三星发表了采用D1x EUV微影技术的100万个模块样品,现在已经针对全球DRAM产业与市场推出采用EUV微影技术的大量生产(HVM) DRAM产品。三星电子的D1z芯片应该是在韩国平泽市(Pyeongtaek)的第二条生产线制造。

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  图1:比较三星的DRAM储存单元BLP图案:(a)是不采用EUV微影技术的版本,(b)是采用EUV微影技术的版本。

  在D1z 12Gb LPDDR5组件的工艺整合上,三星电子只在一层光罩上采用EUV微影技术,单一SNLP (在内存单元数组上)/BLP (在S/A感测放大器电路区)的临界尺寸(CD/pitch)约40纳米,S/A区域的BLP线宽为13.5纳米。

  图1显示的是三星采用ArF-i微影技术的D1z 16Gb LPDDR5芯片(a)与采用EUV微影技术的D1z 12Gb LPDDR5芯片(b)的S/A BLP图案比较。藉由利用EUV微影,在S/A区域的BLP线的边缘粗糙度(edge roughness,LER)有所改善,可能也因此减少桥接/短路缺陷。

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  表2:D1z DRAM比一比:美光D1z LPDDR4 vs. 三星D1z LPDDR5。

  比较来自美光(Micron)的D1z竞争产品(表2),三星的内存单元(0.00197μm2,美光为0.00204μm2 )与D/R (三星为15.7纳米,美光为15.9纳米)尺寸更小。美光D1z p产品是在所有光罩步骤都采用ArF-i微影,可能在一段时间内都不会采用EUV微影,包括D1α与D1β。

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  图2:三星DRAM (从D3x到D1z)内存单元尺寸变化趋势。

  三星从D3x到D1z的DRAM内存单元尺寸与D/R趋势变化分别如图2与图3所示。DRAM内存单元与D/R微缩近年变得越来越艰难,但三星还是将D1z的D/R缩小到15.7纳米,比前一代D1y减少了8.2%。

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  图3:三星DRAM (从D3x到D1z)设计规则变化趋势。

  三星将继续为下一代DRAM产品增加采用EUV微影的光罩层数,像是预计2021年量产的D1a与2022年量产的D1b。


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