Samsung 三星基于EUV的1z纳米DRAM量产 背后技术细节揭秘
三星电子近期将极紫外（EUV）光刻技术应用在基于1z-nm工艺的DRAM上 ， 并且完成了量产 。半导体分析机构TechInsights拆解了分别采用EUV光刻技术和ArF-i光刻技术的三星1z-nm工艺DRAM ， 它认为该技术提升了三星的生产效率 ， 并减小了DRAM的核心尺寸 。
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TechInsights还将三星的与美光的1z-nm工艺DRAM进行了对比 ， 三星的DRAM在芯片超单元尺寸（Cell Size）方面同样较小 。
一、三款1z-nm DRAM芯片使用EUV技术 ， 核心尺寸缩小18%
三星在2019年末大批量生产了100万颗采用1x-nm工艺和EUV技术的DRAM 。紧接着在去年年初 ， 三星电子首次宣布将研发分别使用了ArF-i技术和EUV技术的1z-nm DRAM 。如今 ， 三星已经在量产的1z-nm DRAM上应用了EUV技术 。
目前三星对采用1z-nm工艺的8GB DDR4、12GB LPDDR5和16GB LPDDR5进行了EUV技术升级 。
12GB LPDDR5和16GB LPDDR5 DRAM已经应用在三星Galaxy S21 5G系列的手机中 ， 其中S21、S21+和S21 Ultra 三款手机于2021年1月发布 。
三星Galaxy S21 Ultra的RAM中使用的是12GB LPDDR5芯片 ， 而S21和S21+手机的RAM组件中使用了16GB LPDDR5芯片 。
TechInsights称 ， 三星1z-nm工艺的生产效率比以前的1y-nm工艺高出15％以上 。D/R（Design Rule）从1y-nm工艺的17.1nm降低到1z-nm工艺的15.7nm ， 核心尺寸也从53.53mm2减小到43.98mm2 ， 比之前缩小了约18％ 。
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▲三星1y-nm与1z-nmDRAM参数对比
三星电子将其最先进的1z-nm工艺与EUV光刻技术集合在了12GB LPDDR5芯片上 ， 而同样基于1z-nm工艺的16 GB LPDDR5芯片则使用了非EUV光刻技术 。
电子行业媒体EETimes猜测 ， 很可能三星最初开发的LPDDR5产品是采用ArF-i和EUV光刻技术混合的SNLP（Storage Node Landing Pad）/BLP（Bit Line Pad）技术 ， 现在它生产的所有1z-nm工艺LPDDR5芯片都是基于EUV光刻技术 ， 其芯片可能由它在韩国平泽市的第二条生产线进行制造 。
三星在12GB LPDDR5芯片上采用了EUV光刻技术 ， 其关键尺寸约为40nm ， S/A（sense amplifier circuitry）区域线宽为13.5nm 。通过使用EUV技术 ， 可以改善S/A区域中BLP封装技术的线边缘粗糙度（LER） ， 并减少了桥接/短路缺陷 。
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▲采用了EUV技术（右）与没有采用EUV（左）的1z-nm DRAM BLP对比
二、美光暂不使用EUV技术 ， 超单元尺寸仅有0.00197μm2
与美光1z-nm DRAM0.00204μm2的超单元尺寸相比 ， 三星的1z-nm DRAM超单元尺寸只有0.00197μm2 。三星1z-nm DRAM的D/R为15.7nm ， 美光的则是15.9nm 。
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▲三星、美光1z-nm工艺DRAM参数对比
目前美光对基于1z-nm工艺的DRAM ， 均使用基于ArF-i的光刻技术 ， 并且宣布暂时不会在1α-nm和1β-nm的DRAM中采用EUV光刻技术 。而三星将在1α-nm、1β-nm DRAM上继续使用EUV技术 。
三星的DRAM超单元尺寸和D/R正在随着技术的进步而越变越小 。三星DRAM超单元尺寸变化如下图所示 ， 包括从3x-nm到1z-nm DRAM尺寸 。
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▲三星DRAM尺寸趋势
三星DRAM的D/R趋势则如下图所示 。虽然DRAM超单元的尺寸和D/R缩放变得越来越难 ， 但是三星仍将1z-nm DRAM的D/R减小到15.7nm ， 比1y-nm工艺缩小了8.2％ 。
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▲三星DRAM D/R趋势
结语：三星技术领先 ， 美光、SK海力士伺机而动
因为存储芯片行业存在成本高昂、供求敏感、周期时间较长等特性 ， 美光等其他厂商因成本原因对EUV技术比较保守 。但是三星作为世界存储芯片龙头 ， 对待EUV技术较为积极 ， 一直在探索EUV技术在存储芯片方面应用的道路 ， 现在已经在这一方向上取得了领先优势 。
【Samsung|三星基于EUV的1z纳米DRAM量产 背后技术细节揭秘】
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