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美光公布了1α DRAM进程节点——迄今为止密度最高的DRAM

2021年1月27日通过杰克赫兹

美光公司声称,他们已经突破了1z DRAM节点的瓶颈,新工艺将内存密度提高了40%。

DRAM的扩展速度明显慢于许多其他硅同行。虽然微处理器一直生产到5nm节点,但DRAM仍然停留在20nm和10nm节点之间,大约从2016年开始。理论上,10nm是DRAM的极限。

DRAM缩放趋势到2018年

DRAM缩放趋势到2018年。图片由科技的见解

正因为如此,制造商已经创建了一种新的进程节点命名方案,该方案指的是内存单元阵列中活动区域间距的一半大小。公约如下:

  • 1 x纳米: 19 nm-17nm (Gen1)
  • 1 y纳米: 16nm-14nm(第2代)
  • z 1海里: 13nm-11nm(第3代)

到目前为止,制造商只到达了1z“节点”。现在,美光科技已经成为第一家将第二大尺寸DRAM (1α)推向市场的公司

电容长宽比和DRAM缩放

有很多原因导致DRAM的扩展不像扩展微处理器那样简单(如果您认为这是一个简单的过程)。

单个DRAM细胞

单个DRAM单元由一个过渡晶体管和一个存储电容组成。图片由块和文件

其中一个原因与DRAM的本质有关;它需要一个存储电容来保存数值。由于设备的电容与其物理尺寸直接相关,从侧面缩小电容会降低其效率。不仅电容器不再能够容纳可测量的电荷,而且它还将更快地泄漏电荷,需要更多的动态刷新。

一些工业供应商认为,要充分克服这一挑战,材料方面的重大发展是必要的。

制造挑战和DRAM缩放

另一个DRAM缩放的限制因素包括制造方面的挑战

硅工艺通常依靠光刻技术将详细的图案蚀刻到半导体上。DRAM电池的光刻设计要求,特别是电容器的复杂性,使得制造过程非常困难。

美光的DRAM路线图继续展开

美光的DRAM路线图继续展开。图片由微米

随着特性的缩小,光刻技术受到了不小的限制瑞利判据。这一标准指出,用光刻法蚀刻不到所用光波长一半的特征是不可能的。这意味着,当特征蚀刻得足够小时,使用传统技术几乎不可能创造出足够精确的DRAM单元。

一些挑战包括以良好的对齐方式设计电容孔,以及为可预测的行为创造具有精确长宽比的电容。

美光引入了一个新的内存进程节点

尽管这些挑战取得了惊人的进展,但一些供应商仍在取得进展。美光是最近第一家取得重大进展的公司,昨天成为第一家将1α工艺节点引入量产的公司。

不像一些公司将极端紫外线(EUV)光刻技术作为解决方案,美光通过“多重模式”实现了降色。这种技术背后的想法是通过添加非光刻步骤来从单个大特征中创建多个小特征来提高分辨率。

多个模式的过程

多个模式的过程。图片由林的研究

Micron的工程师Thy Tran解释道:“我们做了相当简单的工作,基本的想法是用台阶来创造祭祀特征,在这些特征的侧面涂上不同的材料,然后去掉原始的祭祀特征。Voila-two半尺寸功能!重复这个过程,我们得到了1α所需尺寸的四个特征。”

内存密度提升了40%

这一消息在内存空间方面意义重大,考虑到微米的新1α DRAM比之前的1z DRAM节点的内存密度提高了40%。美光还声称,与1z移动DRAM相比,新技术可节省高达15%的电能。

据该公司称,1α节点今年将分布在其DRAM产品组合中,以支持目前使用DRAM的所有环境。