DRAM制造的軍備競(jìng)賽，誰會(huì)是最后贏家？
在1月份，美光正式向外界宣布，其基于新型1α制程生產(chǎn)的DRAM開始批量出貨，這是目前世界上最先進(jìn)的DRAM制造技術(shù)。而據(jù)悉1α制程最初會(huì)用于8Gb和16Gb的DDR4和LPDDR4內(nèi)存生產(chǎn)上，隨著時(shí)間的推移，未來將用于美光所有類型的DRAM生產(chǎn)，更進(jìn)一步的降低生產(chǎn)成本。
在美光宣布量產(chǎn)的全新的1α工藝DRAM后，我們看到同樣作為全球DRAM主要生產(chǎn)廠家的三星還是處在1z的制程上進(jìn)行生產(chǎn)，不過與美光不同的是，其采用了EUV（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝進(jìn)行DRAM產(chǎn)品的生產(chǎn)，而這個(gè)時(shí)候可能會(huì)有朋友會(huì)好奇，DRAM制造工藝上的1α和1z之類的代表的是什么？為什么美光在不采用EUV的情況下，依然領(lǐng)先了一個(gè)世代的工藝呢？
1.DRAM產(chǎn)品的制造工藝
在長(zhǎng)久以來，DRAM的產(chǎn)品制造工藝一直就是落后于先進(jìn)的微處理器，例如現(xiàn)階段基于5nm工藝打造的SOC已經(jīng)被不少的手機(jī)用上，然而在DRAM產(chǎn)品上，并沒有那么高的提升。
△美光曾經(jīng)公布的演進(jìn)路線圖
DRAM產(chǎn)品目前處在10-20nm工藝制造的階段，并且由于DRAM制程工藝進(jìn)入20nm以后，制造難度越來越高，內(nèi)存芯片制造廠商對(duì)工藝的定義已經(jīng)不是具體的線寬，而是分成類似1x、1y、1z的定義，大體來講，1x-nm制程相當(dāng)于16~19nm、1y-nm相當(dāng)于14~16nm，而1z-nm則相當(dāng)于12~14nm。
1α則是DRAM制程在1z之后的一個(gè)演進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)階段所知的消息，1α的制造工藝大致對(duì)應(yīng)于10-12nm的工藝。
在內(nèi)存工藝的演進(jìn)上，目前在1α之后會(huì)是1β和1γ，預(yù)計(jì)將在10nm左右持續(xù)演進(jìn)三代。
2.美光的1α對(duì)比起之前的1z有什么區(qū)別？
根據(jù)美光向外界公布的數(shù)據(jù)，美光的1α DRAM制程相比較于此前所采用的1z DRAM制程，在最終的產(chǎn)品上，1α 制程將內(nèi)存密度提升了 40%。
在每單位面積內(nèi)，將內(nèi)存密度進(jìn)行大幅度的提升，其有利于在單位面積內(nèi)容納更多的有效內(nèi)容。打一個(gè)大概的比方，就是原先一款晶圓內(nèi)能生產(chǎn)100片的DRAM 產(chǎn)品，因?yàn)閮?nèi)存密度的提升，其可以在原先生產(chǎn)100片的基礎(chǔ)上，多生產(chǎn)出40片。這對(duì)于美光來說，無疑是大幅度的降低了生產(chǎn)成本，并且在單位密度內(nèi)容量的增加還使得產(chǎn)品在最終的使用上可以降低15%的性能功耗，這對(duì)于不少的移動(dòng)端設(shè)備/嵌入式設(shè)備來說也是非常利好的。
△美光采用了多層生長(zhǎng)的制造方法
在美光自身的DRAM制造上，在1α以及1z上，美光都沒有采用EUV（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝進(jìn)行制造，而據(jù)美光向外界展示的消息顯示。美光在1α的生產(chǎn)上，采用了全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效的提高了10%的內(nèi)存密度，而在其他方面則是通過進(jìn)一步的使用新材料、改進(jìn)生產(chǎn)流程及工藝，將DRAM產(chǎn)品制造推向了1α制程的層次。
根據(jù)美光方面表示其會(huì)在位于桃園和臺(tái)中的晶圓工廠中，使用1α制程生產(chǎn)8GB和16GB的DDR4和LPDDR4內(nèi)存，最后該工藝將應(yīng)用所有類型的內(nèi)存。這意味著在隨后的一段時(shí)間內(nèi)美光會(huì)將旗下采用1z DRAM制程的生產(chǎn)線逐步升級(jí)替換為1α，根據(jù)外媒的消息，其生產(chǎn)線全面升級(jí)預(yù)計(jì)將在2022-2023年完成。
對(duì)于此后的生產(chǎn)來說，現(xiàn)階段美光使用1α制程在DDR4及LPDDR4等產(chǎn)品上取得好的表現(xiàn)，無疑可以為DDR5或者新一代的GDDR顯存等生產(chǎn)提供技術(shù)積累，確?？煽慨a(chǎn)品的產(chǎn)出。
在供貨情況上，美光表示，基于1α制程的產(chǎn)品首先出貨的是面向運(yùn)算市場(chǎng)的DDR4 內(nèi)存以及英睿達(dá) (Crucial) 消費(fèi)級(jí) PC DRAM 產(chǎn)品。美光同時(shí)也已開始向移動(dòng)客戶提供 LPDDR4 樣片進(jìn)行驗(yàn)證。
3.三星的1z制程用上EUV技術(shù)有何優(yōu)勢(shì)
2020年的3月份，三星宣布基于EUV（（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝的第一代10nm制程（1x）DRAM產(chǎn)品已經(jīng)成功制造，并且交付給用戶。
2020年3月份，三星給出的消息顯示，其是業(yè)內(nèi)第一家采EUV（Extreme Ultra-violet——極紫外線光刻）工藝進(jìn)行DRAM生產(chǎn)的廠家，并且將在隨后的DRAM產(chǎn)品生產(chǎn)中進(jìn)行全方位的部署。
△三星宣布采用EUV工藝進(jìn)行1x DRAM產(chǎn)品制造
2020年10月份，三星宣布在韓國平澤的第二條生產(chǎn)線生產(chǎn)了基于EUV工藝生產(chǎn)的1z 16GB LPDDR5。宣布其1z DRAM生產(chǎn)用上了EUV工藝。
△三星宣布在韓國平澤的第二條生產(chǎn)線生產(chǎn)了基于EUV工藝生產(chǎn)的1z 16GB LPDDR5
近期，國外機(jī)構(gòu)與媒體（TechInsights 、EETimes）進(jìn)一步的解析了采用三星所采用EUV工藝生產(chǎn)的1z DRAM產(chǎn)品。
△未采用EUV工藝生產(chǎn)于采用EUV工藝生產(chǎn)的1z DRAM產(chǎn)品對(duì)比
根據(jù)國外機(jī)構(gòu)及媒體的內(nèi)容，我們可以看到，三星1z-nm制程的生產(chǎn)效率比以前的1y-nm工藝高出15％以上。D/R（Design Rule）從1y-nm制程的17.1nm降低到1z-nm制程的15.7nm，核心尺寸也從53.53mm2減小到43.98mm2，比之前縮小了約18％。
并且在采用EUV工藝后，其生產(chǎn)的DRAM產(chǎn)品可以明顯改善S/A（sense amplifier circuitry 感應(yīng)電路放大）區(qū)域中BLP封裝技術(shù)的線邊緣粗糙度（LER），并減少了橋接/短路缺陷。
三星與美光1z-nm DRAM0.00204μm2的單元尺寸相比，三星的1z-nm DRAM單元尺寸只有0.00197μm2。三星1z-nm DRAM的D/R為15.7nm，美光的則是15.9nm。在這一方面的參數(shù)來看，三星采用的EUV工藝制造在最終的產(chǎn)品上有著較為優(yōu)秀的數(shù)據(jù)差距。
4.軍備競(jìng)賽誰是贏家？
我們之前說過，美光在2021年的1月份成為首家突破1α DRAM的廠家，并且沒有采用EUV工藝進(jìn)行制造。而三星則在2020年的1z DRAM生產(chǎn)上就用上了EUV工藝。
美光在此前曾放出消息，后續(xù)的1β和1γ DRAM生產(chǎn)上，其1β預(yù)計(jì)不會(huì)采用EUV工藝，將繼續(xù)在設(shè)計(jì)及其材料、工藝等一系列的內(nèi)容中進(jìn)一步的進(jìn)行推進(jìn)。而在1γ上嘗試采用EUV工藝進(jìn)行制造。
三星則是宣布將會(huì)在后續(xù)的一系列DRAM生產(chǎn)上采用EUV工藝，并且也將在2021年推出基于EUV工藝生產(chǎn)的1α DRAM產(chǎn)品。三星位于韓國平澤的半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠將會(huì)是未來幾年內(nèi)全球最大的基于EUV工藝生產(chǎn)DRAM的工廠。
△三星官方曾給出的DRAM產(chǎn)品時(shí)間節(jié)點(diǎn)
根據(jù)三星官方的說法，在1α的DDR 5和LPDDR 5的生產(chǎn)上采用EUV工藝，會(huì)比此前使用12英寸1x晶片的制造生產(chǎn)率翻一番。
△三星在DRAM方面取得的工藝進(jìn)步進(jìn)程
從現(xiàn)階段的情況來看，作為DRAM生產(chǎn)的巨頭，三星與美光正走在遵循這自己此前定下的技術(shù)路線進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)。我們可以看到美光雖然沒有采用EUV技術(shù)，但是在其他方面仍然通過一系列的改進(jìn)與優(yōu)化，達(dá)到了工藝制程上的領(lǐng)先，并且在現(xiàn)階段利用成熟技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)達(dá)到更高的利潤(rùn)。
△美光采用1α制程所制造的產(chǎn)品
三星現(xiàn)階段使用EUV工藝的生產(chǎn)對(duì)比于其他家來說，無疑會(huì)增加更高的成本，但是隨著時(shí)間的推移，其使用成本會(huì)進(jìn)一步的降低，最終實(shí)現(xiàn)更高的利潤(rùn)，并且在EUV工藝的使用上存在技術(shù)優(yōu)勢(shì)。以此也有部分人擔(dān)憂，美光在1γ上嘗試采用EUV工藝進(jìn)行制造產(chǎn)品后，會(huì)不會(huì)由于使用經(jīng)驗(yàn)的不足等原因?qū)е旅鎸?duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手時(shí)出現(xiàn)落后的情況。
但是從現(xiàn)階段的情況來看，美光、三星以及我們本文中沒有提及的SK海力士、南亞科技等巨頭等現(xiàn)階段都是處于不錯(cuò)的盈利水平。例如最近TrendForce的調(diào)查顯示，在未來三年汽車及5G新基建等產(chǎn)品上會(huì)有更高的DRAM產(chǎn)品需求，而在汽車?yán)趯?duì)于DRAM需求的GAGR（年復(fù)合增長(zhǎng)率）就超過了30%。
△汽車方面的未來三年DRAM需求增長(zhǎng)
在DRAM產(chǎn)品上的軍備競(jìng)賽，這些廠家都選擇了不同的道路，而由于這一方面屬于重資本領(lǐng)域，在未來幾年內(nèi)我們或許還未能看到究竟是哪一方笑到了最后，而這場(chǎng)DRAM制造工藝上的軍備競(jìng)賽，我們或許要在以后才能知曉最后的答案。
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