三星電子近期將極紫外(EUV)光刻技術應用在基于 1z-nm 工藝的 DRAM 上，并且完成了量產。

　　半導體分析機構 TechInsights 拆解了分別采用 EUV 光刻技術和 ArF-i 光刻技術的三星 1z-nm 工藝 DRAM，它認為該技術提升了三星的生產效率，并減小了 DRAM 的核心尺寸。TechInsights 還將三星的與美光的 1z-nm 工藝 DRAM 進行了對比，三星的 DRAM 在芯片超單元尺寸(Cell Size)方面同樣較小。

　　一、三款 1z-nm DRAM 芯片使用 EUV 技術，核心尺寸縮小 18%

　　三星在 2019 年末大批量生產了 100 萬顆采用 1x-nm 工藝和 EUV 技術的 DRAM。緊接著在去年年初，三星電子首次宣布將研發分別使用了 ArF-i 技術和 EUV 技術的 1z-nm DRAM。如今，三星已經在量產的 1z-nm DRAM 上應用了 EUV 技術。

　　目前三星對采用 1z-nm 工藝的 8GB DDR4、12GB LPDDR5 和 16GB LPDDR5 進行了 EUV 技術升級。

　　12GB LPDDR5 和 16GB LPDDR5 DRAM 已經應用在三星 Galaxy S21 5G 系列的手機中，其中 S21、S21 + 和 S21 Ultra 三款手機于 2021 年 1 月發布。

　　三星 Galaxy S21 Ultra 的 RAM 中使用的是 12GB LPDDR5 芯片，而 S21 和 S21 + 手機的 RAM 組件中使用了 16GB LPDDR5 芯片。

　　TechInsights 稱，三星 1z-nm 工藝的生產效率比以前的 1y-nm 工藝高出 15%以上。D/R(Design Rule)從 1y-nm 工藝的 17.1nm 降低到 1z-nm 工藝的 15.7nm，核心尺寸也從 53.53mm2 減小到 43.98mm2，比之前縮小了約 18%。

▲三星 1y-nm 與 1z-nmDRAM 參數對比

　　三星電子將其最先進的 1z-nm 工藝與 EUV 光刻技術集合在了 12GB LPDDR5 芯片上，而同樣基于 1z-nm 工藝的 16 GB LPDDR5 芯片則使用了非 EUV 光刻技術。

　　電子行業媒體 EETimes 猜測，很可能三星最初開發的 LPDDR5 產品是采用 ArF-i 和 EUV 光刻技術混合的 SNLP(Storage Node Landing Pad)/BLP(Bit Line Pad)技術，現在它生產的所有 1z-nm 工藝 LPDDR5 芯片都是基于 EUV 光刻技術，其芯片可能由它在韓國平澤市的第二條生產線進行制造。

　　三星在 12GB LPDDR5 芯片上采用了 EUV 光刻技術，其關鍵尺寸約為 40nm，S/A(sense amplifier circuitry)區域線寬為 13.5nm。通過使用 EUV 技術，可以改善 S/A 區域中 BLP 封裝技術的線邊緣粗糙度(LER)，并減少了橋接 / 短路缺陷。

▲采用了 EUV 技術(右)與沒有采用 EUV(左)的 1z-nm DRAM BLP 對比

　　二、美光暫不使用 EUV 技術，超單元尺寸僅有 0.00197µm2

　　與美光 1z-nm DRAM0.00204µm2 的超單元尺寸相比，三星的 1z-nm DRAM 超單元尺寸只有 0.00197µm2。三星 1z-nm DRAM 的 D/R 為 15.7nm，美光的則是 15.9nm。

▲三星、美光 1z-nm 工藝 DRAM 參數對比

　　目前美光對基于 1z-nm 工藝的 DRAM，均使用基于 ArF-i 的光刻技術，并且宣布暫時不會在 1α-nm 和 1β-nm 的 DRAM 中采用 EUV 光刻技術。而三星將在 1α-nm、1β-nm DRAM 上繼續使用 EUV 技術。

　　三星的 DRAM 超單元尺寸和 D/R 正在隨著技術的進步而越變越小。三星 DRAM 超單元尺寸變化如下圖所示，包括從 3x-nm 到 1z-nm DRAM 尺寸。

▲三星 DRAM 尺寸趨勢

　　三星 DRAM 的 D/R 趨勢則如下圖所示。雖然 DRAM 超單元的尺寸和 D/R 縮放變得越來越難，但是三星仍將 1z-nm DRAM 的 D/R 減小到 15.7nm，比 1y-nm 工藝縮小了 8.2%。

▲三星 DRAM D/R 趨勢

　　結語：三星技術領先，美光、SK 海力士伺機而動

　　因為存儲芯片行業存在成本高昂、供求敏感、周期時間較長等特性，美光等其他廠商因成本原因對 EUV 技術比較保守。但是三星作為世界存儲芯片龍頭，對待 EUV 技術較為積極，一直在探索 EUV 技術在存儲芯片方面應用的道路，現在已經在這一方向上取得了領先優勢。

　　不過在 2020 年 DRAM 強力的市場漲幅和 IC Insights 等研究機構對市場的積極預期背景下，美光、SK 海力士等存儲芯片廠商或許會加大在新技術、工藝制程方面的投入，同時利用成熟技術的成本優勢，與三星進行競爭。

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