Micron отказалась от разработки DRAM с ячейкой 4F²

Micron решила закрыть проекты по внедрению ячейки 4F² в производстве DRAM. Более двух десятилетий такую архитектуру рассматривали как один из главных способов продолжить масштабирование планарной памяти, однако инженеры компании пришли к выводу, что ее теоретические преимущества не превращаются в реальный рост плотности и снижение себестоимости.

‹›

Обозначение F соответствует минимальному размеру элемента, который можно сформировать с помощью используемого литографического оборудования. При топологии 6F² одна ячейка занимает площадь 6 × F², тогда как 4F² уменьшает ее размер примерно на треть. Теоретически это могло бы увеличить число кристаллов на одной кремниевой пластине до 50% без дополнительного уплотнения литографических линий, снизив стоимость одного бита и повысив емкость выпускаемых чипов.

Почему меньший транзистор не увеличивает плотность памяти

В DRAM ячейка состоит не только из управляющего транзистора, но и из конденсатора, который хранит электрический заряд. Именно конденсатор определяет, представляется ли бит единицей или нулем. В современных конструкциях он выполнен как глубокий вертикальный элемент, расположенный над или под транзистором.

По оценке Micron, плотность DRAM в большей степени ограничивается шагом и физическим объемом конденсаторов, а не площадью транзистора. Даже если уменьшить транзистор с 6F² до 4F², но сохранить прежнее расстояние между конденсаторами, общая плотность матрицы не изменится.

Попытка уменьшить и шаг конденсаторов приводит к новым проблемам. При сокращении их диаметра уменьшается площадь стенок, удерживающих заряд, поэтому для сохранения характеристик приходится увеличивать высоту элементов. Узкие и высокие структуры становятся механически нестабильными и могут слипаться в процессе травления. Кроме того, более плотная матрица усиливает взаимные наводки и паразитное емкостное перекрытие между соседними битовыми линиями.

В результате потенциальная экономия площади при переходе на 4F² компенсируется усложнением производства. Micron считает, что рост себестоимости кремниевой пластины на реальных техпроцессах сводит на нет выгоду от более компактной топологии. В компании поэтому называют распространенное представление о безусловном превосходстве 4F² над 6F² ошибочным.

Ставка на развитие 6F² и 3D DRAM

Вместо смены базовой архитектуры Micron намерена продолжать масштабирование 6F². Компания планирует повышать плотность за счет уменьшения шага конденсаторов, применения материалов с высокой диэлектрической проницаемостью и новых методов литографии.

Во второй половине 2027 года Micron рассчитывает начать массовый выпуск памяти по техпроцессу 1δ. По заявлению компании, он должен увеличить плотность размещения битов на 20–25% относительно предыдущего поколения без перехода на другую архитектуру ячейки. В более отдаленной перспективе Micron также планирует использовать оборудование High-NA EUV с высокой числовой апертурой.

При этом в компании считают, что у 4F² нет достаточного долгосрочного потенциала: рано или поздно масштабирование упрется в предел горизонтального сжатия планарных ячеек. Следующим фундаментальным этапом тогда станет 3D DRAM — память с вертикальным размещением ячеек, по аналогии с развитием 3D NAND.

Micron уже параллельно разрабатывает несколько поколений процессов для 3D DRAM. Коммерческий переход к трехмерной структуре произойдет, когда ее плотность и экономика производства превзойдут возможности усовершенствованных планарных решений 6F².

Решение Micron расходится с долгосрочными планами Samsung и SK hynix, которые пока сохраняют 4F² в дорожных картах следующих поколений DRAM. Для Micron это также не первый случай выбора альтернативной стратегии: ранее компания отложила раннее внедрение EUV и продолжила использовать DUV с многопроходным маскированием. Такой подход помог сохранить конкурентную стоимость производства и поддержать высокую плотность ячеек. Теперь компания делает похожую ставку на экономику проверенной архитектуры, а не на ее формальную компактность.