愛伊米

為什麼DRAM還用不上7nm製造?記憶體:臣妾做不到啊

iPhone 12系列即將用上5nm工藝的A14處理器,而DRAM記憶體行業依然在打磨10nm級工藝,三星、美光等記憶體製造商已在這一級別上躊躇多年。為什麼沒有7nm級記憶體晶片問世?是改進工藝的收益不夠高還是壓根做不到?

為什麼DRAM還用不上7nm製造?記憶體:臣妾做不到啊

新工藝對DRAM成本影響明顯:

DRAM單元尺寸可使用nF2表達,其中n是一個通常在6到8之間的常數,F是工藝技術特徵尺寸。當n=8時,10nm下的單元面積為8 x (10 x 10)=800平方奈米,如果改用7nm尺寸則這一面積會減少到392平方奈米,節省大約51%的面積。從而可以在同一晶圓內多容納近一倍的DRAM晶片。

為什麼DRAM還用不上7nm製造?記憶體:臣妾做不到啊

實際上上面的例子太理想化了,以某記憶體廠商為例,第一代1xnm級工藝實際相當於17~19nm,第二代1y級工藝相當於14~16nm,一直髮展到第三代1znm級才達到11~13nm,這個過程大約用了四年左右,可謂是舉步維艱。

DRAM臣妾做不到:

為什麼DRAM還用不上7nm製造?記憶體:臣妾做不到啊

DRAM記憶體的設計可以用1T1C來表達,即一個電晶體和一個儲存電荷的電容器。DRAM單元中的電容器必須足夠大以儲存可以測量的電荷。

為什麼DRAM還用不上7nm製造?記憶體:臣妾做不到啊

進一步減少DRAM單元的橫向尺寸(長度和寬度)會使電容功能失效,而降低電容器高度同樣不可行:美光DRAM產品高階總監Debra Bell曾表示,在單元電容器縮放中,高度和橫向尺寸比率存在挑戰。其中一個或兩個太小會導致電容無法發揮它的作用,DRAM記憶體也就無法工作了。

為什麼DRAM還用不上7nm製造?記憶體:臣妾做不到啊

此外,隨著單元尺寸的縮小以及陣列中加入更多的單元,字線和位線的相對長度會增加,並影響將電荷放入電容和沿線移動電荷所需的時間。最終的結果是DRAM記憶體在短期內都無法突破到10nm以下工藝,業界預計至少2025年前都是不可行的。新的突破需要在基礎材料或結構設計上做出重大改變,而這並不是可以一蹴而就的。