三星基于EUV的1z纳米动态随机存取存储器大规模生产 其背

三星电子最近将极紫外(EUV)光刻技术应用于基于1z-nm工艺的动态随机存取存储器，并完成大规模生产。

半导体分析机构TechInsights分别采用EUV光刻和ArF-i光刻拆除了三星1z-nm DRAM，认为这一技术提高了三星的生产效率，缩小了DRAM的核心尺寸。TechInsights还将三星的动态随机存取存储器与美光的1z-nm工艺动态随机存取存储器进行了比较，三星的动态随机存取存储器在芯片超级单元尺寸上也更小。

一、三款 1z-nm DRAM 芯片使用 EUV 技术，核心尺寸缩小 18%

三星于2019年底采用1x-nm技术和EUV技术量产100万DRAM。去年年初，三星电子首次宣布将分别使用ArF-i技术和EUV技术开发1z-nm动态随机存取存储器。目前，三星已经将EUV技术应用于量产1z-nm DRAM。

目前，三星已经使用1z-nm工艺升级了8GB DDR4、12GB LPDDR5和16GB LPDDR5的EUV技术。

三星Galaxy S21 5G系列手机采用了12GB LPDDR5和16GB LPDDR5 DRAM，其中S21、S21和S21 Ultra手机于2021年1月发布。

三星Galaxy S21 Ultra的RAM使用12GB LPDDR5芯片，而S21和S21手机的RAM组件使用16GB LPDDR5芯片。

据TechInsights介绍，三星1z-nm工艺的生产效率比之前的1y-nm工艺高出15%以上。D/R(设计规则)从1y-nm工艺的17.1nm降低到1z-nm工艺的15.7nm，芯径也从53.53mm2降低到43.98mm2，比之前小18%左右。

三星1y-nm和1z-nmDRAM参数对比

三星电子将其最先进的1z-nm工艺和EUV光刻技术集成在12GB LPDDR5芯片上，而基于1z-nm工艺的16 GB LPDDR5芯片也采用了非EUV光刻技术。

电子行业媒体EETimes推测，三星最初开发的LPDDR5产品极有可能是SNLP(存储节点焊盘)/BLP(位线焊盘)技术混合ArF-i和EUV光刻技术。现在三星生产的所有LPDDR5芯片都是基于EUV光刻技术，他们的芯片可能是由韩国平泽的第二条生产线制造的。

三星在12GB LPDDR5芯片上采用了EUV光刻技术，临界尺寸约为40纳米，s/a(读出放大器电路)区域的线宽为13.5纳米。利用EUV技术，可以改善S/A区BLP封装技术的线边缘粗糙度(LER)，减少桥接/短路缺陷。

EUV技术(右)与不带EUV的1z-nm DRAM BLP的比较(左)

二、美光暂不使用 EUV 技术，超单元尺寸仅有 0.00197m2

相比美光的1z-nm DRAM超级单元尺寸0.00204 m2，三星的1z-nm DRAM超级单元尺寸只有0.00197 m2。三星的1z-nm DRAM的D/R是15.7nm，美光的是15.9nm。

三星与美光1z-nm工艺的DRAM参数对比

目前，美光对基于1z-nm工艺的DRAM采用ArF-i光刻技术，并宣布1-nm和1-nm DRAM暂时不采用EUV光刻技术。三星将继续在1-nm和1-nm DRAM上使用EUV技术。

三星的DRAM超晶胞尺寸和D/R随着技术的进步越来越小。三星DRAM超晶胞的尺寸变化如下图所示，包括从3x-nm到1z-nm的DRAM尺寸。

三星DRAM尺寸趋势

三星DRAM研发趋势如下图所示。虽然DRAM超晶胞的尺寸和D/R缩放变得越来越困难，但三星仍然将1z-nm DRAM的D/R降低到15.7nm，比1y-nm工艺小8.2%。

三星DRAM研发趋势

结语：三星技术领先，美光、SK 海力士伺机而动

由于内存芯片行业具有成本高、供需敏感、周期长的特点，美光等厂商出于成本原因对EUV技术持保守态度。然而，作为世界存储芯片的领导者，三星对EUV技术采取了更加积极的态度，一直在探索EUV技术在存储芯片中的应用，现在已经在这个方向取得了领先优势。

但在2020年DRAM市场强劲增长的背景下，以及IC Insights等研究机构的积极预期，美光、SK Hynix等内存芯片厂商可能会加大对新技术、新工艺的投入，同时利用成熟技术的成本优势与三星展开竞争。