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5月25日,美光总裁兼CEO Sanjay Mehrotra表示,公司位于中国台湾地区的新厂正式开启使用后,美光将引进最先进的1α纳米DRAM制程进行生产,同时还将配备最先进的极紫外光(EUV)设备。此前,三星与SK海力士均已宣布,在DRAM的部分工艺中将采用EUV光刻技术。这意味着,世界排名前三的DRAM供应商三星、SK海力士、美光都已在DRAM的制造过程中使用了EUV光刻技术。

使用EUV是大势所趋

随着高性能计算应用的场景不断增加,各国数据中心建设数量和速度在持续攀升,对存储器产品的性能要求也越来越高。DRAM研发技术正在加速升级,工艺制程已经进入到10nm级别,各大存储器厂商纷纷推出1X、1Y、1Z制程产品,并且向1α,1β、1γ 等节点技术持续推进。有观点认为,当DRAM芯片工艺到达15nm时,就要使用EUV光刻机。随着各大存储厂商在工艺上的演进,EUV的加入已是大势所趋。

市场报告显示,三星在全球DRAM市场占有44%的份额,销售额达到了近419亿美元。作为DRAM领域龙头企业,三星往往引领着技术潮流走向。三星在2020年3月就率先提出了在DRAM的制造过程中使用EUV光刻技术的方案,并且于2021年10月,开始正式批量生产基于14nm EUV光刻技术制造的DRAM。此过程中,三星还将其最先进的14nm DDR5 DRAM工艺EUV层数从两层增加到了五层。2021年11月,三星表示,已经应用EUV技术开发了14nm 16Gb低功耗双倍数据速率的5X (LPDDR5X) DRAM,专门用于5G、人工智能、机器学习和其他大数据终端等高速率应用领域。

SK海力士在2021年DRAM市场占有率为28%,排在第二位,销售额为266亿美元。与三星一样,SK海力士在2021年第四季度财报中表示,已经在该季度中量产了基于EUV技术的1αnm工艺DDR5内存芯片。SK海力士还指出,1αnm工艺内存虽然使用的EUV光刻机成本高昂,但是有助于提高生产效率,是无法绕过的升级过程。2022年,SK海力士会继续扩大1αnm工艺内存生产,基于EUV技术的1αnm产量预计到年底将占到总产量的25%。

2021年,美光占据全球23%的市场份额,排在第三位,DRAM销售额增长41%至219亿美元。美光在公布2021财年第三财季财报的电话会议中表示,此前美光一直在回避使用EUV,而是专注于其他光波较长的光刻设备上,因为其他光刻设备能够满足其需求。但其实美光已经订购了EUV设备,以备不时之需,并计划从2024年开始使用EUV光刻技术生产DRAM。

美光在近日举办的投资者日活动上,公布了DRAM的未来技术路线图,明确指出将在1γ DRAM的工艺中引入EUV技术。而此次,美光总裁暨执行长Sanjay Mehrotra正式宣布将在中国台湾地区的新厂引进最先进的EUV设备,这也印证了美光的EUV计划正在稳步实施中。

从ASML等EUV光刻机供应商的角度来说,DRAM的制造过程中加入EUV光刻技术,可谓是一大喜讯。ASML发布的2022年第一季度财报显示,ASML来自逻辑和存储领域的贡献均为50%。与上一季度相比,ASML来自存储客户的销售收入大幅增加。ASML总裁兼首席执行官Peter Wennink在一份声明中表示:“本季度,我们收到了逻辑芯片和存储芯片客户的多个High-NA EXE:5200系统(EUV 0.55 NA)订单。”

财报中更是着重指出,为了提高芯片电路的精细程度,三星、美光、SK海力士等存储芯片厂商,纷纷使用EUV光刻工艺来生产存储芯片。这正是推动ASML来自存储芯片厂商EUV订单快速增长的一大重要原因。

EUV使DRAM全面提升

目前DRAM制造中光刻设备主要还是以DUV为主,DUV设备主要使用193nm波长来进行光刻,而EUV设备的波长为13.5nm,采用EUV设备进行生产将缩短电路的宽度,在单位面积中能够存储更多的数据。

而且,当前电子产品正在向小型化、微型化发展,智能手机、可穿戴设备等产品对芯片的尺寸和性能同样看重,EUV技术能够实现DRAM产品在尺寸减小的同时存储和处理能力得到提升,功耗也会降低。同样EUV技术和DUV技术相比,EUV所用掩膜版数量少,需要处理的步骤也会减少,进而缩短产品的生产时间,使生产效率得到提升。

“近些年,受库存和产品价格的影响,各大存储器厂商竞争非常激烈,EUV设备虽然投资价格比较高,但是带来的效益是比较可观的,能够降低光罩的使用数量,提升产品良率,降低生产成本。”半导体行业专家杨俊刚向《中国电子报》记者表示。

芯谋研究分析师张先扬向记者表示,目前提高芯片组性能的方法主要有两个,一是先进封装,二是先进制程,这两条路是相辅相成的。而对于存储的性能要求始终在不断提升,对比193nm的ArF,具备更短波长光源的EUV光刻机,可以实现更精细的半导体电路图案设计制造,相同表面积的芯片内可以存储更多的数据。

张先扬预测,未来晶圆厂在DRAM市场话语权会进一步加强,封装企业的盈利空间会相对压缩,DRAM终端与晶圆厂会有更加深度的绑定。

TrendForce集邦咨询分析师吴雅婷也同样表示,使用EUV光刻技术是DRAM制程微缩的必经之路,具体有三大好处:一是可以使DRAM制程进一步微缩至15nm以下。二是通过更先进制程的递进,单颗颗粒的容量向上提升至16Gb 或更高。三是生产制程时间缩短,因为其要曝光的道数可以减少。

但吴雅婷也指出,由于EUV造价高昂,在产品折旧摊销初期将难以感受到单颗芯片成本下降的速度,在占整体DRAM市场份额有限的情况下,平均销售单价难以再呈现过往间歇性大跌的状态。

作者丨许子皓

编辑丨诸玲珍

美编丨马利亚

监制丨连晓东