三星已在用EUV光刻機生產DRAM內存,對中國內存廠商有什麼影響?

我為科技狂 發佈 2020-03-26T08:48:14+00:00

大眾所知的是,DRAM存儲器市場及先進的工藝集中度很高,當前被少數幾家廠商掌握,據中國快閃記憶體市場ChinaFlashMarket公布的數據顯示,2019年,在全球DRAM內存市場,三星獨占46%的市場份額,海力士占29%,美光占到的市場為21%。


大眾所知的是,DRAM存儲器市場及先進的工藝集中度很高,當前被少數幾家廠商掌握,據中國快閃記憶體市場ChinaFlashMarket公布的數據顯示,2019年,在全球DRAM內存市場,三星獨占46%的市場份額,海力士占29%,美光占到的市場為21%。

在DRAM內存的春風一波波襲來時,工藝疊代、產品疊代及產能控制,成了DRAM存儲器廠商提升盈利能力的重點。而為了提高生產效益及拉大競爭差距,DRAM存儲大廠已競相推進下一代工藝技術。

關於DRAM存儲器製程工藝,目前先進的DRAM器件均在18nm-15nm區間徘徊,進展緩慢,總是無法做出突破。三星作為內存龍頭一直致力於推動DRAM製程發展,從去年起就有消息傳出將在DRAM製程中引入EUV(極紫外光刻)技術。

自去年開始,有消息稱SK海力士已經向荷蘭ASML下單購買EUV光刻機設備,並有意應用於DRAM製程,但是SK海力士官方並無確認。目前SK海力士最先進的DRAM產品為第三代10nm級(1Z)DRAM,且該產品較上一代1Y產品生產效率提高了約27%,無需極紫外光技術即可生產。

美光在三家中對EUV技術的態度最為保守,有消息稱,美光推遲了EUV的導入,可能推遲至1γnm技術之後,具體什麼時間不確定。目前,美光大規模生產的製程為1Znm工藝,下一代微細化工藝技術被命名為1α、1β和1γnm。

日前,三星宣布已經成功出貨了100萬個基於EUV技術的10nm級(D1X)DDR4模塊。此外,三星還表示,從第四代10nm級(D1α)或更先進的14nm級DRAM存儲器開始,三星會將EUV技術全面應用在下一代DRAM產品中。預計將從2021年開始批量生產基於D1α的DDR5和LPDDR5,將使12英寸晶圓的生產效率提升一倍。

實際上,EUV減少了多重圖形製作中的重複步驟,並提高了圖案的解析度,從而提高了性能、產量並縮短了開發時間。除了晶圓代工邏輯工藝採用EUV成為趨勢,包括台積電、三星在7nm開始採用EUV技術後,三星計劃擴大應用至DRAM工藝。

此前有消息稱,三星斥資33.8億美元向ASML採購20台EUV光刻機,不僅用於7/5nm等邏輯工藝,還用在DRAM內存晶片生產上。

作為全球首家在DRAM內存上引入EUV技術的大廠,三星早在2019年11月便已採用EUV技術生產1Z nm的DRAM內存。不過,據知情人士透露,三星在初期的用量不大,在華城17產線與晶圓代工事業部共享EUV設備的方式進行,然後平澤工廠也會啟動EUV技術量產DRAM內存,顯示三星DRAM正式走向EUV技術。

2019年第4季度,在DRAM跌入低谷時,三星成為唯一在DRAM業務上扭虧為盈的主力廠商,原因就是通過向1Y工藝過渡,降低了生產成本。2020年,DRAM主力廠商將逐漸從1Y向1Z過渡。根據三星測算,1Z納米DRAM不用EUV設備的情況下,也比目前1Y納米DRAM產能提升20%。

三星的1Z納米工藝屬於第三代10nm級工藝,但這不代表10nm工藝。目前10nm工藝主要被分為1Xnm、1Ynm、1Znm等,這是因為DRAM在提升小於20nm的製程變得非常困難,所以DRAM內存工藝的線寬指標不再那麼精確;而1Xnm工藝相當於16nm-19nm,1Ynm工藝相當於14nm-16nm,1Znm工藝大概是12nm-14nm級別,在這之後還有1α、1β及1γ工藝。

在三星率先將EUV技術導入1Z納米DRAM後,另外兩大DRAM存儲器廠商——海力士和美光,也透露將考慮評估採用EUV技術,業界預期將可能在1α納米或1β納米世代開始導入。

據悉,SK海力士在韓國利川市新建的DRAM生產工廠中,研發內含EUV技術的DRAM存儲器生產技術。更有消息稱,SK海力士已經向ASML下單購買EUV光刻設備,並有意應用於DRAM製程工藝,不過海力士官方對此並沒確認。目前SK海力士最先進的DRAM產品為第三代10nm級(1Z)DRAM,較上一代1Y產品生產效率提高了約27%,無需EUV技術就可生產。

三星積極地導入EUV技術,海力士也在跟進,美光的動作似乎略顯保守。此前美光在2018年曾提過,即使到了1α及1β工藝節點,也沒有用EUV技術的必要性,不過後來美光態度出現轉變,並表示從進入1Z納米之後將會持續評估用EUV技術的DRAM成本效益,不排除在合適時間點導入EUV設備。有消息稱,美光推遲了EUV的導入,可能推遲至1γnm技術後,具體什麼時間暫時不確定。

隨著上億美元的EUV設備導入,意味著10nm DRAM工藝競賽升溫,也將極大提升DRAM先進工藝領域的准入門檻。在DRAM存儲器廠商陸續進軍1Znm工藝,並布局引進EUV光刻機技術後,對國內DRAM存儲器產業必然會造成一定影響。

目前,國內DRAM內存領域排名第一的本土廠商長鑫存儲,用的是10G1工藝生產DRAM內存,也就是10nm級第一代工藝,更確切地說是19nm工藝,跟三星相比在技術上落後了兩三代。但從長鑫存儲的規劃圖得知,下一代將推出第二代10G3(17nm)技術,計劃在2021年完成對17nm工藝技術的研發,即國產1Xnm工藝將在2021年完成,與國際主流DRAM廠商相比也是有著多達5年的差距。

與邏輯製程工藝的路徑相似,DRAM的物理極限約為10nm左右。從2016年起,DRAM廠商開始用1Xnm節點制不斷逼近物理極限。目前三星已經推進1Znm工藝,後續進入1anm工藝將更加困難。業內人士表示,隨著後續工藝難度的加大,或許將很難維持一年一個工藝的進度,是國內廠商追趕國際一流存儲器大廠,在工藝上縮小差距的好時機。

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