三星半导体实验室里,工程师透过电子显微镜观察着比人类发丝细一万倍的电路图案,EUV光刻机正以13.5纳米的极紫外光,在硅晶圆上绘制着未来内存的蓝图。

过去几年,咱们手机里的芯片是越做越小,性能却越来越强,这背后的功臣就是那个经常在新闻里看到的“EUV光刻技术”。

从三星、SK海力士到美光,全球三大存储巨头已经全部跨入了EUV DRAM的生产时代-6。你可能想不到,就在几年前,DRAM制造还卡在10纳米级别的瓶颈上好长时间。


01 技术原理

想象一下,用一支比头发丝还要细几千倍的笔,在指甲盖大小的晶圆上画出几十亿个微小的电路。这差不多就是EUV光刻技术正在做的事情。

不同于传统DUV光刻使用的193纳米波长光,EUV使用波长仅为13.5纳米的极紫外光-1。这个变化就像是把画笔从粗头马克笔换成了最细的针管笔,能画出精细得多的线条。

这种技术带来的好处是实实在在的,在EUV的帮助下,相同尺寸的晶圆能够生产出比之前多25%的DRAM芯片,功耗还能降低20%-4

2021年,三星宣布采用EUV光刻技术量产14纳米DDR5内存,专为5G、人工智能这些高速应用场景打造-3。DRAM技术节点已经走过了1Xnm、1Ynm阶段,现在全面进入1Znm阶段-3

02 行业转型

DRAM产业面临着一个有趣的技术天花板,大约在10纳米左右-3。这不只是因为光刻技术的限制,更因为DRAM单元中那个小小的“电容”组件。随着元件越来越小,如何保证电容存储足够的电荷、防止电荷泄漏成了大问题。

在EUV技术成熟前,制造商们使用的是多重曝光方法,就像用同一支笔反复描绘同一个图案来让它更清晰-6。但这种方法步骤繁琐,要花更多时间和成本。

美光公司刚刚加入EUV阵营,开始向客户提供基于1γ制程的LPDDR5X内存样品-2。与此同时,ASML公司的财务表现也从侧面反映了EUV技术的普及程度。

在2025年第三季度,ASML的毛利率达到了51.6%,这主要得益于客户对EUV系统的持续需求-5。这些系统不仅售价高,还带动了软件升级和维护服务的收益。

03 市场格局

三大存储厂商占据了全球DRAM市场约94%的份额,其中三星和SK海力士两家韩国企业就占了约74%-6

三星在EUV DRAM领域走在了最前面。他们在韩国华城建立了专门的EUV技术生产线,生产基于10纳米级工艺的16Gb LPDDR5移动DRAM芯片-1

相比之下,美光在EUV应用上更加谨慎。不过他们现在已经改变了策略,开始在日本启用首台EUV设备,并量产1γ DRAM-2

04 未来挑战

尽管EUV DRAM技术发展迅速,但前方仍有挑战。专家预测,EUV光刻层的使用将会随着技术节点的演进而增加,特别是在1c节点上,总共需要5-6个光刻层-7

另一个问题是EUV设备的昂贵价格。单台EUV光刻机造价超过1亿欧元,投资巨大-6。这也是为什么这项技术会进一步拉开韩国半导体企业与中国企业之间的差距。有报告认为,双方在DRAM技术上存在大约5年的差距-6

材料创新可能成为突破口,比如无电容DRAM架构。在2021年的国际电子器件会议上,研究人员展示了一种基于铟镓锌氧化物材料的无电容器DRAM架构,这种架构只有2个晶体管,完全不需要电容-3

05 发展方向

未来的EUV技术可能会走向更高数值孔径的方向。High-NA EUV技术已经在实验中展示了其潜力,能够实现单次曝光就形成间距小至19纳米的随机逻辑结构-9

对于DRAM应用,High-NA EUV技术展示了将电荷储存节点连接垫与周边位线相互整合的能力-9。这意味着未来可能通过单次曝光就能完成原本需要多次曝光的工作,大大简化了制造流程。

人工智能的快速发展也在推动对更先进内存技术的需求。AI应用需要大量的数据吞吐,这推动了对高带宽内存的需求-7。EUV技术正好能满足制造这些高密度、高性能内存的要求。


现在手机上那个轻薄的机身里,装着的LPDDR5内存芯片可能正来自三星的EUV生产线-6。美光的工厂里,工程师们正在调试新到的EUV设备,准备生产下一代更节能的移动内存-2

比利时imec实验室中,研究人员正探索着High-NA EUV的极限,试图用单次曝光画出更精细的电路-9。存储单元上的微小电容,仍在挑战着物理极限,而无电容的DRAM架构已在实验室中悄然萌芽-3