三星和SK海力士都已实现，EUV DRAM 的压力来到美光这边？

近日，SK海力士官网发布新闻消息称，公司已于7月初开始量产适用第四代10nm（1a）级工艺的8Gb LPDDR4 移动端DRAM产品。值得注意的是，这是SK海力士首次采用EUV技术进行DRAM量产。
 

图源：SK海力士官网

 
SK海力士将这一进展定义为：意义非凡。
 

激进的三星和SK海力士

在谈论EUV DRAM是否非凡之前，我们先了解一些关联技术。从原理上说，光刻技术就是利用光化学反应原理和化学、物理刻蚀方法将掩模板上的图案传递到晶圆的工艺技术。近半个多世纪，半导体行业的迅猛发展离不开光刻技术。
 
光刻技术在推进芯片不断走向高集成、小型化的同时，自身也在不断提升，DUV曝光光源的波长从436nm一路精进到了193nm。光刻机分辨率=k1*λ/NA，其中k1是常数（不同的光刻机k1不同），λ是光源波长，NA是物镜的数值孔径。在其他参数相同的情况下，波长越短分辨率便越高，工艺越先进。DUV光刻即便搭配双机台模式也只能做到10nm。现在先进工艺已经开始要量产3nm，只能依靠EUV光刻技术去实现。正如三星所言，从 193nm波长的DUV光刻到13.5nm波长的EUV光刻，这是显著的改善。以此可以看出三星对于EUV的态度。
 
在DRAM领域，三星是最先宣布EUV DRAM进展的公司。得益于半导体制造领域的技术优势，早在去年3月份，三星便对外宣布，基于 EUV 的第一代 10nm DRAM (D1x) 已完成其客户评估，首批交付的模块达到了100万块量级。仅仅过去半年之后，三星再次放出消息称，其位于韩国平泽的第二条生产线已开始量产业界首款采用EUV技术的 16Gb LPDDR5，带宽高达6400Mbps。
 

三星DRAM工艺进程表（图源：三星官网）

 
三星总结了采用EUV技术生产DRAM的好处。首先，可以用更小、更精细的形式绘制电路；其次，大幅节省了掩模成本和光刻处理步骤；第三，在相同的表面积中能够存储更多的数据；此外，芯片能耗更令人满意。
 
从时间节点和产品特性上来看，三星对于EUV DRAM的量产确实更有心得。
 
如今，SK海力士已经成为全球第二家采用EUV光刻技术量产LPDDR产品的公司。SK海力士表示，在此前生产1y纳米级产品过程中曾部分采用了EUV技术，事先完成了对其稳定性的验证，此次量产确保了EUV工艺技术的稳定性，未来1a纳米级 DRAM都将采用EUV工艺进行生产。
 
在LPDDR4之后，SK海力士计划从明年初开始将1a纳米级工艺导入到DDR5产品中。
 

保守or别有所图的美光

统计数据显示，目前全球DRAM的市场份额主要控制在三星、SK海力士和美光手中。参考2020年Q3的市场份额占比，三星占据41.3%，SK海力士占28.2%，美光占25%。三家合计占了全行业近95%的市场份额。
 

电子发烧友制图

 
在三星和SK海力士纷纷表示自己在EUV DRAM芯片上有新进展时，美光对EUV光刻技术却显得很是迟缓。
 
根据外媒消息，美光计划从2024年开始，将EUV纳入DRAM开发路线图。在两家竞争对手都相继宣布量产EUV DRAM之际，美光的EUV光刻机才姗姗来迟。在美光2021财年的资本支出中，有一部分费用便是从ASML买EUV设备。有消息透露，美光也在加速自己的EUV进程，正在通过多种渠道招募EUV技术人员。
 
当然，美光还是有一套自己的节奏和打法。从目前的市场消息来看，美光没有借助EUV光刻技术也实现了自己的1α制程。在该制程，美光继续使用6F2位线设计，通过改进工艺技术，最终相较于上一代的 1z DRAM 制程，1α 技术将内存密度提升了 40%，使内存解决方案更节能、更可靠，并为需要最佳低功耗 DRAM 产品的移动平台带来运行速度更快的 LPDDR5。
 
美光认为现阶段并不是将EUV导入DRAM的好时机。美光企业副总裁、中国台湾美光董事长徐国晋去年在三星热火朝天宣传EUV DRAM时明确讲到，美光暂不打算跟进。
 
美光这么做的原因有二。其一，美光认为DUV DRAM仍然有很大的价值可以压榨，美光没有采用EUV实现1α制程就是一个力证；其二，从技术成熟度和成本考虑，当前并不是导入EUV的最佳时机。
 
美光的做法是“欺骗”瑞利准则。衍射限制了透镜的分辨度，我们经常使用瑞利准则来表征显微镜或望远镜系统的分辨率极限。美光通过改变掩膜的图案，以此让光线呈现出更加锐利的特征。也包括利用水比空气衍射光少，将晶圆暴露在水下，用一滴水代替了最终透镜和晶片表面之间的常见气隙。还有使用新材料等等。
 
所有这些努力过后，美光在不借助EUV光刻机的情况下实现了自己的1α制程，产品性能仍处于第一梯队。
 

后记

目前，三大DRAM厂商可以说是分成了两派。三星和SK海力士是激进派，争取让EUV光刻技术在DRAM领域更快地发挥巨大能量；美光则属于保守派，即便没有采用EUV光刻技术，目前在尖端DRAM产品上也保持着巨头的水准。
 
但在半导体制程一次又一次刷新nm单位前面的最小数字时，10nm也不再是DRAM工艺的极限，对于EUV技术的熟练程度很有可能成为产品竞争的决定因素，这可能就是美光先缓后急的原因吧。竞争不在当下，而在未来。