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中國自主DRAM之夢發芽 長鑫存儲量產在即

文‧廖專崇 發布日期:2019/10/03 關鍵字:DRAM 長鑫存儲 福建晉華 長江存儲 EUV HKMG GAA

成立於2016年的中國長鑫存儲(Changxin Memory Technologies),先前稱合肥長鑫與福建晉華、長江存儲為「中國製造2025」的三大記憶體國家隊。該公司日前正式宣布,首款自主設計DRAM(動態隨機存取記憶體)晶片2019年底預計開始逐步量產,透過重新設計DRAM架構,盡量減少美國技術使用,同時首度公開談論其技術內涵,希望有效降低技術侵權疑慮。

中國長鑫存儲在合肥投資新台幣近2500億元,準備量產自主DRAM記憶體

據了解,長鑫在合肥DRAM廠已投資約80億美元,計畫在年底量產,最初每月預計生產約1萬片晶圓,相較目前全球每月生產130萬片晶圓,上述數字僅如滄海之一粟,但對還沒有本土自製DRAM晶片的中國來說,卻不啻是項重大突破。2018年全球DRAM市場規模達996.5億美元,三星電子、SK Hynix、美光等三大廠掌控了95%市場。

長鑫表示其DRAM設計來自德國晶片商英飛凌旗下2009年破產的DRAM廠奇夢達(Qimonda),長鑫存儲副總裁、未來技術評估實驗室負責人平爾萱表示,該公司已經把原本奇夢達的46奈米製程 DRAM提升到10奈米,也開始在極紫外光(EUV)、高介電常數金屬閘極(High-k Metal Gate, HKMG)和環繞閘極(Gate All Around, GAA)等新技術的研發。奇夢達曾提出埋入式電柵三極體技術,利用空間將三極體的性能提升,這種提升隨著線寬的減少越來越被需要。從堆疊式架構的發展歷史以及展望將來的發展趨勢就可以發現,現在DRAM沿用密集排布電容及埋入式電柵三極體,甚至未來3~5代DRAM應該都會延續類似架構。

DRAM是基於電容儲存電荷為原理的緊密鋪排的陣列,這個陣列透過一系列外圍電路管理以讀寫裡面儲存的資料。平爾萱說,與過往相比,今天一個面積小於指甲的DRAM晶片可容納80億儲存單元,而8個儲存單元可以代表一個字母,因此一個晶片可能儲存10億個字母。而這些數據可以6Gb/sec 的速度,在幾秒內完成讀寫。DRAM技術在發明之後的幾十年里,經歷了從早期簡單的平面結構,變化成為立體溝槽式電容及堆疊式電容的架構,為了爭取更多的電路表面積,演變出向上和向下兩種技術發展路線,而最終以堆疊式架構勝出。

原因是溝槽式架構面臨幾個技術瓶頸:其一是溝槽式只限於單面表面積,堆疊式可用雙面表面積,溝槽式架構很快就達到了刻蝕深寬比極限;其二是高介電質材料的應用受到溝槽式中高溫製程的限制。展望未來,平爾萱認為,DRAM是有極限的,透過技術改進,可以延後物理性能的限制,如導入 EUV微影技術及HKMG三極體以縮小線寬及加強外圍電路性能。EUV是繼193奈米 Immersion Scanner後又一個曝光技術革命,EUV主要是針對陣列,但外圍線路的增強及微縮也是近來DRAM技術發展的另一個機會。另外,由於DRAM製程中有電容這一段,因此HGMG製程的選擇需與電容製程匹配,透過導入HKMG,不但可以推動儲存密度進一步提高,連接埠速度也同步獲得了提升。

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