Micron закрывает проект 4F² DRAM после двух десятилетий исследований
Micron решила закрыть проекты по внедрению архитектуры 4F² DRAM, которые развивались в отрасли более 20 лет. Идея считалась одним из главных способов дальнейшего масштабирования планарной памяти: более компактная ячейка должна была повысить плотность хранения данных и снизить стоимость производства.
Однако инженеры компании пришли к выводу, что теоретическое преимущество 4F² не сохраняется при переходе к реальным технологическим процессам. Ограничения, связанные с изготовлением накопительных конденсаторов, увеличивают себестоимость пластин и фактически сводят экономический эффект к нулю.
Почему 4F² не дала ожидаемого выигрыша
Обозначение F соответствует минимальному размеру элемента, который можно сформировать с помощью применяемого литографического оборудования. В ячейке 6F² площадь элемента составляет 6 × F², тогда как переход на 4F² теоретически уменьшает её на треть. Это могло бы увеличить число кристаллов на одной кремниевой пластине примерно на 50% без дополнительного уплотнения литографических линий.
Но DRAM состоит не только из управляющего транзистора. Каждый бит хранится в виде заряда внутри вертикального конденсатора, размещённого над транзистором или под ним. Именно размеры и взаимное расположение конденсаторов во многом определяют плотность массива памяти.
Если уменьшить площадь транзистора, сохранив прежний шаг между конденсаторами, плотность всей матрицы не изменится. Попытка же уменьшить расстояние между накопительными элементами приводит к новым физическим ограничениям. Более узкий конденсатор требует увеличения высоты, чтобы сохранить необходимый объём и площадь стенок для удержания заряда. Высокие и тонкие структуры становятся менее устойчивыми и могут слипаться во время травления.
Кроме того, при уплотнении конденсаторной матрицы усиливаются паразитные ёмкостные связи и взаимные наводки между соседними битовыми линиями. Поэтому, по оценке Micron, 4F² не обеспечивает устойчивого преимущества на практике: усложнение производства перекрывает выигрыш от экономии площади.
Ставка на дальнейшее развитие 6F²
Micron намерена продолжить масштабирование проверенной архитектуры 6F². Компания рассчитывает повышать плотность памяти за счёт уменьшения шага между конденсаторами, использования материалов с высокой диэлектрической проницаемостью и применения более совершенных литографических методов.
Во второй половине 2027 года Micron планирует начать массовый выпуск памяти по техпроцессу 1δ. Ожидается, что он увеличит плотность размещения битов на 20–25% по сравнению с предыдущим поколением без перехода на другую базовую архитектуру ячейки. В дальнейшем производитель также намерен использовать оборудование High-NA EUV — литографию с высокой числовой апертурой.
Следующим этапом станет 3D DRAM
В Micron считают, что у 4F² нет достаточного долгосрочного потенциала: при дальнейшем горизонтальном сжатии планарных ячеек отрасль всё равно столкнётся с физическими пределами. Поэтому стратегическим направлением компания называет 3D DRAM.
По аналогии с 3D NAND, где плотность увеличивается за счёт вертикального размещения слоёв, в 3D DRAM ячейки будут располагаться друг над другом. Micron параллельно разрабатывает несколько поколений соответствующих технологических процессов. Коммерческий переход к трёхмерной памяти состоится тогда, когда её плотность и экономическая эффективность превзойдут возможности усовершенствованных планарных структур 6F².
Разные стратегии производителей
Решение Micron расходится с долгосрочными планами Samsung и SK hynix, которые пока сохраняют 4F² в дорожных картах будущих поколений DRAM. При этом Micron уже использовала самостоятельный подход в прошлом: компания отложила внедрение EUV на ранних этапах и сделала ставку на глубокий ультрафиолет DUV с многократным маскированием. Такой выбор позволил удержать конкурентоспособную стоимость производства и высокую плотность ячеек.
Отказ от 4F² может стать ещё одним примером стратегии Micron, ориентированной не на смену фундаментальной архитектуры, а на постепенное улучшение производственной экономики и технологических процессов.
