三星EUV微影製程D1z記憶體揭密

作者 : Jeongdong Choe,TechInsights

三星電子發表了分別採用氟化氬浸潤式微影(ArF-i)製程與EUV微影技術的D1z DRAM,TechInsights的拆解分析有一些「新發現」,並確認了該技術的一些細節。

經過幾個月的漫長等待之後,三星電子(Samsung Electronics)採用極紫外光(EUV)微影製程的D1z DRAM終於量產了!

三星電子在今年稍早發表了號稱業界首創,同時分別採用氟化氬浸潤式微影(ArF-i)製程與EUV微影技術的D1z DRAM,而TechInsights很興奮地宣佈,我們針對三星最新/最先進D1z DRAM的拆解分析有一些「新發現」,並確認了該技術的一些細節。

三星電子已經開發了D1z 8Gb DDR4、D1z 12Gb LPDDR5與16Gb LPDDR5 DRAM元件,並號稱性能更高;我們發現後面兩款(LPDDR5)元件都應用於三星在2021年1月剛上市的Galaxy S21 5G系列(包括S21 5G、S21+ 5G與S21 Untra 5G)智慧型手機中。12Gb的LPDDR5晶片被應用於Galaxy S21 Ultra 5G的SM-G998B/DS 12GB RAM,16Gb的LPDDR5晶片則可見於S21 5G與S21+ 5G的8GB RAM中。

在D1z技術節點部份,三星的D1z 12Gb LPDDR5比前一代的D1y 12Gb版本在產量上多了15%,設計規則(D/R)則從(前一代D1y製程) 17.1奈米,微縮至15.7奈米。整體裸晶尺寸也減少,從53.53mm2 (D1y)縮小至43.98mm2 (D1z),新一代晶片比前一代約縮小18%。

 

表1:8Gb、12Gb與16Gb的三星D1y與D1z LPDDR5晶片比較。

 

三星電子標記為K4L2E165YC的12Gb記憶體晶片是利用最先進D1z技術結合EUV微影,而晶片標記為K4L6E165YB的16Gb LPDDR DRAM晶片則是採用非EUV技術。三星似乎是在一開始同時開發在SNLP (storage node landing pad)/BLP (bit line pad)採用ArF-i與EUV兩種微影技術的D1z LPDDR5,現在則是全面以EUV SNLP/BLP微影生產D1z LPDDR5。

2019年底,三星發表了採用D1x EUV微影技術的100萬個模組樣品,現在已經針對全球DRAM產業與市場推出採用EUV微影技術的大量生產(HVM) DRAM產品。三星電子的D1z晶片應該是在韓國平澤市(Pyeongtaek)的第二條生產線製造。

 

圖1:比較三星的DRAM儲存單元BLP圖案:(a)是不採用EUV微影技術的版本,(b)是採用EUV微影技術的版本。

 

在D1z 12Gb LPDDR5元件的製程整合上,三星電子只在一層光罩上採用EUV微影技術,單一SNLP (在記憶體單元陣列上)/BLP (在S/A感測放大器電路區)的臨界尺寸(CD/pitch)約40奈米,S/A區域的BLP線寬為13.5奈米。

圖1顯示的是三星採用ArF-i微影技術的D1z 16Gb LPDDR5晶片(a)與採用EUV微影技術的D1z 12Gb LPDDR5晶片(b)的S/A BLP圖案比較。藉由利用EUV微影,在S/A區域的BLP線的邊緣粗糙度(edge roughness,LER)有所改善,可能也因此減少橋接/短路缺陷。

 

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

 

比較來自美光(Micron)的D1z競爭產品(表2),三星的記憶體單元(0.00197μm2,美光為0.00204μm2 )與D/R (三星為15.7奈米,美光為15.9奈米)尺寸更小。美光D1z p產品是在所有光罩步驟都採用ArF-i微影,可能在一段時間內都不會採用EUV微影,包括D1α與D1β。

 

圖2:三星DRAM (從D3x到D1z)記憶體單元尺寸變化趨勢。

 

三星從D3x到D1z的DRAM記憶體單元尺寸與D/R趨勢變化分別如圖2與圖3所示。DRAM記憶體單元與D/R微縮近年變得越來越艱難,但三星還是將D1z的D/R縮小到15.7奈米,比前一代D1y減少了8.2%。

 

圖3:三星DRAM (從D3x到D1z)設計規則變化趨勢。

 

三星將繼續為下一代DRAM產品增加採用EUV微影的光罩層數,像是預計2021年量產的D1a與2022年量產的D1b。

 

編譯:Judith Cheng

(參考原文 :Teardown: Samsung’s D1z DRAM with EUV Lithography,By Jeongdong Choe;本文作者為拆解分析機構 TechInsights資深技術研究員)

 

 

 

 

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