影響DRAM存儲密度的工藝技術分析
發布時間:2009/3/3 0:00:00 訪問次數:1555
dram是目前半導體產業中最為艱難的市場之一,因為其利潤空間已經非常微薄,即便對具有最高成本效益的制造商而言亦是如此。因此,dram制造商必須在滿足市場對更大存儲密度和更高速度需求的同時不斷地找到降低成本的途徑。目前最有效的方法是通過縮小制造工藝和采用像6f2單元設計這類獨創性設計技術來減小裸片的尺寸。
圖1:ddr2裸片尺寸比較。三星公司的512mb 90納米器件在裸片效率方面領先。
對美光、三星、英飛凌和elpida公司生產的最先進ddr2 dram器件的裸片尺寸和密度進行深入研究,也可以得到與上述因素緊密相關的每比特成本信息。
隨著內存從ddr向ddr2轉移,后者將在2005年后期大批量出貨。消費者希望以更具競爭力的價格購買速度高達533、 667甚至800mbps性能ddr2的需求極大推動了這一趨勢的發展。三星電子dram產品線的營銷總監tom trill透露,ddr向ddr2的轉移在過去幾個月內速度加快,兩者所占市場份額有望在第三季度持平。
先進的工藝
雖然nand閃存是目前一些供應商用來推動先進工藝應用的存儲器技術,但是dram的工藝并沒有相差太遠。先進的工藝是減少制造成本的手段,首先利用新的工藝尺寸進行生產的公司通常會在市場上占據主要優勢。正因為三星是首家生產90納米ddr2 sdram的供應商,因而其贏得了90納米節點的勝利。技術的成功賦予三星公司極大的裸片尺寸優勢:三星目前能夠生產尺寸只有71平方毫米的512mb sdram,與競爭最為激烈的英飛凌公司的產品相比,尺寸小18%。英飛凌目前提供110納米工藝的512mb sdram,尺寸為87平方毫米。
即使是三星上一代512mb 100納米的rev b ddr2 sdram,技術也比大多數的競爭者領先,很多競爭者現在仍處于開發110納米的階段。但是,在三星贏得90納米競爭的同時,英飛凌和臺灣南亞科技(nanya)都宣布已經投入90納米的生產。
靜觀英飛凌和nanya的90納米產品何時上市將是一件很有趣的事情。事實上,英飛凌可能會快速轉向90納米技術,因為當它向110納米工藝技術轉移的時候,已經完成了向193納米光刻設備的過渡。很多公司在進入90納米節點時都對其設計光刻設備進行更新;其他未進行轉換的公司今后也必須做出調整,以便在更小的節點上進一步縮短設計周期。
三星宣稱,從512mb 100納米的rev b ddr2 sdram向512mb 90納米的rev c版本的轉換并非僅與技術節點有關。依據其在90納米節點處的經驗優勢,三星將工藝縮小描述為一個基本步驟。三星表示,挑戰在于包含許多相互協調的工作,不僅涉及100納米向90納米轉換,還包括從rev b到rev c的轉換,以及向300毫米晶圓的轉換。
三星公司最近的設計中使用了凹道排列晶體管(rcas)技術,該技術通過使用三維結構設計減小晶體管所占體積,通過在給定面積上增加集成度實現更高密度。本質上,這種方法并未提供多余的置放晶體管的平面,而是形成了一個“孔”,為晶體管提供更多的置放空間。這是semiconductor insights(si)公司已經確認的首款使用rcas的器件。
三星公司在90納米ddr2器件上取得工藝領導地位絕非僥幸。三星一直以來都是很多工藝節點的第一位吃螃蟹者,現在正在努力將其ddr2的工藝尺寸縮減到73納米,緊隨nand閃存的腳步。
存儲密度考慮
dram制造商不僅必須憑借先進工藝降低成本,而且必須積極提高器件的存儲容量。英飛凌公司有幸成為第一個實現批量生產1gb密度器件的廠商,而包括美光科技和三星等眾多供應商則緊隨其后。si已經獲得美光公司的1gb ddr2 sdram樣品,并正在對其進行分析。增加的容量允許模塊生產廠商推出1gb或者2gb的雙列直插內存模塊(dimm),它們可用于提高計算機性能。
不過,1gb模塊仍不能滿足主流應用,因為現在的計算機受限于其所能使用的內存數量。隨著系統能夠支持更大的存儲密度,這種情況在不久的將來會有所改善。
減小裸片尺寸的另一種方法是實現更為有效的陣列架構。美光公司256mb ddr sdram最先實現了6f2單元尺寸的陣列架構,該款sdram(mt46v32m8tg-6t)在110nm工藝節點處采用了6f2單元尺寸技術,si公司在2004年對其進行了分析。在連續幾代發展后,存儲技術通常會變成某種單元布局的限制,單元尺寸的每一次改善都需要進行大量的工作來減少光刻的最小特征尺寸。
美光公司第一個推出打破8f2單元約束的dram單元,在產業的發展藍圖上遙遙領先3年。美光的dram單元采用130納米技術獲得的單元尺寸相當于采用標準4f x 2f格式的110納米器件。兩者的硅片尺寸相差無幾,這點表明,美光并沒有因為新位線架構中數據檢測復雜性的增加而犧牲硅片面積。
美光公司cto兼研發副總裁mark durcan表示:“通過從普遍采用的8f2向6f2轉變,我們將在任何給定的工藝技術節點處把每晶圓的可能裸片產出量提高約20%,從而減少單
dram是目前半導體產業中最為艱難的市場之一,因為其利潤空間已經非常微薄,即便對具有最高成本效益的制造商而言亦是如此。因此,dram制造商必須在滿足市場對更大存儲密度和更高速度需求的同時不斷地找到降低成本的途徑。目前最有效的方法是通過縮小制造工藝和采用像6f2單元設計這類獨創性設計技術來減小裸片的尺寸。
圖1:ddr2裸片尺寸比較。三星公司的512mb 90納米器件在裸片效率方面領先。
對美光、三星、英飛凌和elpida公司生產的最先進ddr2 dram器件的裸片尺寸和密度進行深入研究,也可以得到與上述因素緊密相關的每比特成本信息。
隨著內存從ddr向ddr2轉移,后者將在2005年后期大批量出貨。消費者希望以更具競爭力的價格購買速度高達533、 667甚至800mbps性能ddr2的需求極大推動了這一趨勢的發展。三星電子dram產品線的營銷總監tom trill透露,ddr向ddr2的轉移在過去幾個月內速度加快,兩者所占市場份額有望在第三季度持平。
先進的工藝
雖然nand閃存是目前一些供應商用來推動先進工藝應用的存儲器技術,但是dram的工藝并沒有相差太遠。先進的工藝是減少制造成本的手段,首先利用新的工藝尺寸進行生產的公司通常會在市場上占據主要優勢。正因為三星是首家生產90納米ddr2 sdram的供應商,因而其贏得了90納米節點的勝利。技術的成功賦予三星公司極大的裸片尺寸優勢:三星目前能夠生產尺寸只有71平方毫米的512mb sdram,與競爭最為激烈的英飛凌公司的產品相比,尺寸小18%。英飛凌目前提供110納米工藝的512mb sdram,尺寸為87平方毫米。
即使是三星上一代512mb 100納米的rev b ddr2 sdram,技術也比大多數的競爭者領先,很多競爭者現在仍處于開發110納米的階段。但是,在三星贏得90納米競爭的同時,英飛凌和臺灣南亞科技(nanya)都宣布已經投入90納米的生產。
靜觀英飛凌和nanya的90納米產品何時上市將是一件很有趣的事情。事實上,英飛凌可能會快速轉向90納米技術,因為當它向110納米工藝技術轉移的時候,已經完成了向193納米光刻設備的過渡。很多公司在進入90納米節點時都對其設計光刻設備進行更新;其他未進行轉換的公司今后也必須做出調整,以便在更小的節點上進一步縮短設計周期。
三星宣稱,從512mb 100納米的rev b ddr2 sdram向512mb 90納米的rev c版本的轉換并非僅與技術節點有關。依據其在90納米節點處的經驗優勢,三星將工藝縮小描述為一個基本步驟。三星表示,挑戰在于包含許多相互協調的工作,不僅涉及100納米向90納米轉換,還包括從rev b到rev c的轉換,以及向300毫米晶圓的轉換。
三星公司最近的設計中使用了凹道排列晶體管(rcas)技術,該技術通過使用三維結構設計減小晶體管所占體積,通過在給定面積上增加集成度實現更高密度。本質上,這種方法并未提供多余的置放晶體管的平面,而是形成了一個“孔”,為晶體管提供更多的置放空間。這是semiconductor insights(si)公司已經確認的首款使用rcas的器件。
三星公司在90納米ddr2器件上取得工藝領導地位絕非僥幸。三星一直以來都是很多工藝節點的第一位吃螃蟹者,現在正在努力將其ddr2的工藝尺寸縮減到73納米,緊隨nand閃存的腳步。
存儲密度考慮
dram制造商不僅必須憑借先進工藝降低成本,而且必須積極提高器件的存儲容量。英飛凌公司有幸成為第一個實現批量生產1gb密度器件的廠商,而包括美光科技和三星等眾多供應商則緊隨其后。si已經獲得美光公司的1gb ddr2 sdram樣品,并正在對其進行分析。增加的容量允許模塊生產廠商推出1gb或者2gb的雙列直插內存模塊(dimm),它們可用于提高計算機性能。
不過,1gb模塊仍不能滿足主流應用,因為現在的計算機受限于其所能使用的內存數量。隨著系統能夠支持更大的存儲密度,這種情況在不久的將來會有所改善。
減小裸片尺寸的另一種方法是實現更為有效的陣列架構。美光公司256mb ddr sdram最先實現了6f2單元尺寸的陣列架構,該款sdram(mt46v32m8tg-6t)在110nm工藝節點處采用了6f2單元尺寸技術,si公司在2004年對其進行了分析。在連續幾代發展后,存儲技術通常會變成某種單元布局的限制,單元尺寸的每一次改善都需要進行大量的工作來減少光刻的最小特征尺寸。
美光公司第一個推出打破8f2單元約束的dram單元,在產業的發展藍圖上遙遙領先3年。美光的dram單元采用130納米技術獲得的單元尺寸相當于采用標準4f x 2f格式的110納米器件。兩者的硅片尺寸相差無幾,這點表明,美光并沒有因為新位線架構中數據檢測復雜性的增加而犧牲硅片面積。
美光公司cto兼研發副總裁mark durcan表示:“通過從普遍采用的8f2向6f2轉變,我們將在任何給定的工藝技術節點處把每晶圓的可能裸片產出量提高約20%,從而減少單