SamsungのEUV適用D1z世代のDRAMを分析：TechInsights

[Jeongdong Choe（TechInsights），EE Times]

EUV適用「D1z」世代のDRAM

　Samsung Electronics（以下、Samsung）がついに、ここ数カ月にわたり待望されていた、EUV（極端紫外線）リソグラフィ技術を導入した「D1z」プロセスのDRAMの量産を開始した。同社は2020年初頭に、「業界初」（同社）となるArF液浸（ArF-i：ArF immersion）ベースのD1z DRAMと、EUVリソグラフィ（EUVL）適用のD1z DRAMの両方を開発すると発表していた。TechInsightsは、Samsungの最新かつ最先端のD1z DRAMデバイスを実際に見て確かめ、その適用技術に関する詳細を確認することができ、非常に興奮しているところだ。

　Samsungは今回、D1zプロセスの8GビットDDR4 DRAMと、D1zの12GビットLPDDR5 DRAM、16GビットLPDDR5 DRAMを開発した。いずれも高性能化を実現している。このうち12Gビットと16GビットのLPDDR5は、同社が2021年1月に発表したばかりの最新スマートフォン「Galaxy S21 5G」シリーズ「S21 5G」と「S21+ 5G」「S21 Ultra 5G」に搭載されていることが分かった。

　12GビットLPDDR5チップは、Galaxy S21 Ultra 5G（型番：SM-G998B/DS）の12GビットRAMに搭載されているが、16GビットLPDDR5チップは、S21 5GとS21+ 5Gの8Gビット RAMに搭載されているようだ。

　また、D1zプロセス技術の生産効率に関しては、旧世代の「D1y」プロセスを用いた12Gビット品と比べると、D1zプロセスの12GビットLPDDR5 DRAMの方が15％以上高いという。設計ルール（D/R）は、D1y世代の17.1nmから、D1zでは15.7nmまで縮小している。ダイサイズについても、D1yの時は53.53mm²だったが、D1zでは43.98mm²と、約18％の縮小を実現している（表1）。

表1：Samsung Electronicsの「D1y」プロセスと「D1z」プロセスの比較（クリックで拡大）

　EUVを適用したD1z技術で製造した12GビットLPDDR5 DRAMには、「K4L2E165YC」と刻印されている。一方、16GビットLPDDR5 DRAMチップには「K4L6E165YB」と刻印されていて、こちらのD1zプロセスにはEUVは適用されていない。

　Samsungは恐らく、まずArF-iおよびEUVの両方をベースとしたSNLP（Storage Node Landing Pad）/BLP（Bit Line Pad）リソグラフィを適用してD1z LPDDR5製品を開発し、そして現在、全てのD1z LPDDR5製品にEUV SNLP/BLPリソグラフィを適用するようになったのだろう。

　Samsungは2019年後半に、D1x EUVリソグラフィを適用したサンプルモジュールを100万個出荷した。D1zチップの製造は、韓国キョンギド（京幾道）のピョンテク（平沢）にある第2製造ラインで行われるようだ。

　同社は、D1z 12GビットLPDDR5デバイスのDRAMプロセスインテグレーションに関しては、EUVリソグラフィ技術の適用を、SNLP（SNLP on call array）/BLP（BLP on S/A）の1つのマスクだけに限定している。CD（限界寸法／ピッチ）は約40nm、S/A（センスアンプ回路）エリアのBLPライン幅は13.5nmである。

　図1の電子顕微鏡写真は、SamsungのS/A BLPパターンについて、ArF-iベースのリソグラフィを適用したD1z 16GビットLPDDR5ダイと、EUVリソグラフィ適用のD1z 12GビットLPDDR5ダイを比較したものだ。EUVリソグラフィを適用することにより、S/AエリアのBLPのLER（Line Edge Roughness）や、ブリッジ／短絡などを低減できるといえるだろう。

図1：ArF-iベースのリソグラフィを適用したD1z 16GビットLPDDR5ダイ（写真左）と、EUVリソグラフィ適用のD1z 12GビットLPDDR5ダイ（右） 出典：TechInsights

　また、競合のMicron TechnologyのD1zセル設計と比較した場合、セルサイズに関しては、Samsungが0.00197μm²でMicronが0.00204μm²、D/RについてはSamsungが15.7nmでMicronが15.9nmと、Samsungがより小型化していることが分かる。Micronは、D1z製品の全てのフォトマスク工程でArF-iベースのリソグラフィを適用しているが、当面の間、D1α／D1βなどにはEUVリソグラフィを適用しない予定だとしている（表2）。

表2：D1z世代について、MicronのLPDDR4とSamsungのLPDDR5を比較した（クリックで拡大）

　図2および図3はそれぞれ、SamsungのD3xからD1zまでのDRAMのセルサイズとD/Rに関する動向を示している。近年、DRAMのセルサイズとD/Rの縮小実現はますます困難になってきているが、SamsungはD1zのD/Rを、D1yと比べて8.2％減となる15.7nmに縮小することに成功した。

図2：SamsungのDRAMセルサイズの変化 出典：Jeondong Choe／TechInsights（クリックで拡大）

図3：SamsungのDRAMセルのD/Rの変化 出典：Jeondong Choe／TechInsights（クリックで拡大）

　Samsungは、2021年に発表を予定しているD1αや、2022年のD1βなどの次世代DRAMでも、引き続きEUVL工程を増やしていく予定だという。

【翻訳：田中留美、編集：EE Times Japan】