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拆解三星EUV工艺的D1z内存,发现一些技术细节

2021-03-02 Jeongdong Choe 阅读:
三星电子发表了分别采用氟化氩浸润式微影(ArF-i)工艺与EUV微影技术的D1z DRAM,TechInsights的拆解分析有一些"新发现",并确认了该技术的一些细节。

经过几个月的漫长等待之后,三星电子(Samsung Electronics)采用极紫外(EUV)光刻技术的D1z DRAM终于量产了!LVSednc

三星电子在今年稍早发表了号称业界首创,同时分别采用氟化氩浸润式微影(ArF-i)工艺与EUV工艺技术的D1z DRAM,而TechInsights很兴奋地宣布,我们针对三星最新/最先进D1z DRAM的拆解分析有一些“新发现”,并确认了该技术的一些细节。LVSednc

三星电子已经开发了D1z 8Gb DDR4、D1z 12Gb LPDDR5与16Gb LPDDR5 DRAM器件,并号称性能更高;我们发现后面两款(LPDDR5)器件都应用于三星在2021年1月刚上市的Galaxy S21 5G系列(包括S21 5G、S21+ 5G与S21 Untra 5G)智能手机中。12Gb的LPDDR5芯片被应用于Galaxy S21 Ultra 5G的SM-G998B/DS 12GB RAM,16Gb的LPDDR5芯片则可见于S21 5G与S21+ 5G的8GB RAM中。LVSednc

在D1z技术节点部分,三星的D1z 12Gb LPDDR5比前一代的D1y 12Gb版本在产量上多了15%,设计规则(D/R)则从(前一代D1y工艺) 17.1纳米,微缩至15.7纳米。整体裸晶尺寸也减少,从53.53mm2(D1y)缩小至43.98mm2(D1z),新一代芯片比前一代约缩小18%。LVSednc

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表1:8Gb、12Gb与16Gb的三星D1y与D1z LPDDR5芯片比较。LVSednc

三星电子标记为K4L2E165YC的12Gb内存芯片是利用最先进D1z技术结合EUV工艺,而芯片标记为K4L6E165YB的16Gb LPDDR DRAM芯片则是采用非EUV技术。三星似乎是在一开始同时开发在SNLP (storage node landing pad)/BLP (bit line pad)采用ArF-i与EUV两种微影技术的D1z LPDDR5,现在则是全面以EUV SNLP/BLP微影生产D1z LPDDR5。LVSednc

2019年底,三星发表了采用D1x EUV工艺技术的100万个模块样品,现在已经针对全球DRAM产业与市场推出采用EUV工艺技术的大量生产(HVM) DRAM产品。三星电子的D1z芯片应该是在韩国平泽市(Pyeongtaek)的第二条生产线制造。LVSednc

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图1:比较三星的DRAM储存单元BLP图案:(a)是不采用EUV工艺技术的版本,(b)是采用EUV工艺技术的版本。LVSednc

在D1z 12Gb LPDDR5器件的工艺集成上,三星电子只在一层掩模上采用EUV工艺技术,单一SNLP (在内存单元阵列上)/BLP (在S/A感测放大器电路区)的关键尺寸(CD/pitch)约40纳米,S/A区域的BLP线宽为13.5纳米。LVSednc

图1显示的是三星采用ArF-i微影技术的D1z 16Gb LPDDR5芯片(a)与采用EUV工艺技术的D1z 12Gb LPDDR5芯片(b)的S/A BLP图案比较。借由利用EUV工艺,在S/A区域的BLP线的边缘粗糙度(edge roughness,LER)有所改善,可能也因此减少桥接/短路缺陷。LVSednc

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表2:D1z DRAM比一比:美光D1z LPDDR4 vs. 三星D1z LPDDR5。LVSednc

比较来自美光(Micron)的D1z竞争产品(表2),三星的内存单元(0.00197μm2,美光为0.00204μm2 )与D/R (三星为15.7纳米,美光为15.9纳米)尺寸更小。美光D1z p产品是在所有掩模步骤都采用ArF-i微影,可能在一段时间内都不会采用EUV工艺,包括D1α与D1β。LVSednc

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图2:三星DRAM (从D3x到D1z)内存单元尺寸变化趋势。LVSednc

三星从D3x到D1z的DRAM内存单元尺寸与D/R趋势变化分别如图2与图3所示。DRAM内存单元与D/R微缩近年变得越来越艰难,但三星还是将D1z的D/R缩小到15.7纳米,比前一代D1y减少了8.2%。LVSednc

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图3:三星DRAM (从D3x到D1z)设计规则变化趋势。LVSednc

三星将继续为下一代DRAM产品增加采用EUV工艺的掩模层数,像是预计2021年量产的D1a与2022年量产的D1b。LVSednc

(参考原文 :Teardown: Samsung’s D1z DRAM with EUV Lithography,By Jeongdong Choe;本文作者为拆解分析机构 TechInsights资深技术研究员;编译:Judith Cheng)LVSednc

责编:DemiLVSednc

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