三星半导体生产线上,一台价值数亿美元的EUV光刻机正以13.5纳米的极紫外光,在硅晶圆上刻画出比头发丝细万倍的电路图案。

三星电子于2024年3月宣布,基于极紫外光刻技术的10纳米级DRAM模块已完成全球客户评估-1。但更早进入该领域的三星,面临的竞争对手也在采取不同的技术路线。

美光公司则选择在2025年初向客户交付的1γ DDR5样品中,仅在一层使用EUV技术,试图通过减少EUV依赖来加速量产-2


01 技术竞逐

存储芯片行业正站在技术转折点。DRAM制造在10纳米级别已徘徊多年,传统的光刻技术接近物理极限-5

三星电子发言人曾透露,使用EUV的1a工艺生产效率是基于12英寸晶圆的1x工艺的两倍-5

2019年时,美光一度认为EUV光刻机在DRAM制造中并非必需-6。但随着技术进步和市场变化,三大DRAM制造商如今都已涉足EUV领域。

技术路线分化明显:三星和海力士选择积极推进多层EUV工艺,而美光则采取更保守的“最低限度使用”策略-2-7

02 波长革命

EUV光刻技术与传统DUV技术的核心差异在于波长。DUV使用193纳米波长,而EUV将这一数字缩短至13.5纳米-1

这一变化看似微小,却是光刻技术的跨越式进步。更短的波长意味着能够在硅晶圆上绘制更精细的电路,从而在同样面积的芯片中存储更多数据-8

行业分析师指出,DRAM制造在10纳米级别后,每前进一步都异常艰难。三星曾因18纳米工艺良率过低导致瑕疵品问题,不得不向客户赔偿-6

EUV技术简化了制造流程。传统工艺需要多次图案化步骤,而EUV可以减少这些复杂步骤,提高生产效率和良率-8

03 成本博弈

尖端技术往往伴随着高昂成本。一台EUV光刻机的价格超过1亿欧元,而新一代High NA EUV设备的价格更是飙升至约4亿美元-4-5

面对如此巨额投资,厂商策略各不相同。三星正在加码2.6万亿韩元采购EUV设备,包括五套标准型EUV和两套High NA EUV设备-9

美光的选择更为审慎。该公司计划“仅在必要时使用EUV”,更多采用成熟的氩氟浸没式光刻工艺-2

这种差异也反映在最终产品上。采用EUV技术制造的DRAM芯片能效更高,性能更强。美光的1γ DDR5 DRAM与上一代产品相比,速度提高15%,功耗降低20%以上-7

04 三层困局

随着EUV层数增加,技术难度呈指数级增长。行业人士指出,超过三层后技术难度将显著加大-2

目前,三星计划在其第6代10纳米DRAM中应用超过5个EUV层,而SK海力士也在推进六层EUV工艺-2-10

海力士的突破尤为引人注目,该公司在1c DRAM制程中成功整合六层EUV技术,良率已突破80%-90%-10

更多EUV层数带来明显优势。海力士采用六层EUV技术后,实现了读写性能约11%的提升以及9%的功耗降低-10

05 市场变局

存储芯片市场格局正在悄然改变。随着AI和高性能计算对高速大容量存储需求激增,采用先进EUV技术的厂商可能获得竞争优势-10

三星已经宣布交付100万个基于EUV技术的10纳米级DDR4 DRAM模块,并开始大规模生产基于EUV的16Gb LPDDR5移动DRAM芯片-1

海力士则专注于高端市场,其1c DRAM计划主要服务高性能运算与人工智能市场-10。该公司将在1d及0a制程中持续扩大EUV层数使用,并为High-NA EUV技术铺路-10

韩国进出口银行的一份报告指出,由于EUV设备的昂贵成本和有限供应能力,韩国公司可能在对中国公司的竞争中确立更大优势,当前两国DRAM技术存在约5年的差距-5

06 未来之争

半导体行业的竞争永无止境。下一代High NA EUV技术已经崭露头角,其数值孔径从当前EUV的0.33提升到0.55,精度更高-4

海力士计划从2026年开始使用High NA EUV光刻机生产内存芯片-4。而三星也计划在2025年底和2026年初接收两套High NA EUV设备,用于2纳米制程的全面量产-9

摩根士丹利预测,随着从1a和1b节点向1γ/1c节点的转变,EUV光刻层数将持续增加。在1c节点上,总共需要5-6个光刻层-3

2026年至2027年,DRAM技术升级周期、3nm工艺提前落地以及AI芯片带来的间接需求,将成为驱动EUV光刻机需求的关键催化剂-3


ASML公司的车间里,一台刚刚组装完成的High NA EUV光刻机正在进行最终测试,它的价格标签上写着惊人的4亿美元。2026年,这台设备将被运往SK海力士的工厂,开始刻画下一代存储芯片的电路-4

在全球半导体观察机构的分析图上,DRAM技术路线图已经明确指向2纳米以下节点,而EUV技术正是通往这一目标的必经之路-10

AI应用对存储带宽的需求呈指数级增长时,基于EUV技术生产的DRAM芯片,正在为即将到来的数据洪流筑起堤坝。


网友提问:现在电脑内存条有没有用上EUV技术?普通消费者能感受到区别吗?

哎呦,这个问题问得真及时!现在高端内存条确实已经开始用上DRAM EUV技术了,但普通消费者可能还没明显感觉到区别。

先说现状:三星、海力士这些大厂已经量产了基于EUV的DDR5内存芯片。比如三星的10纳米级DDR4 DRAM模块就是用EUV生产的-1。但市场上的内存条是混着卖的,有EUV工艺的,也有传统工艺的,价格和定位也不同。

咱们普通用户能感受到的区别主要在几个方面:一是功耗更低,用EUV技术做的内存在相同性能下更省电;二是性能上限更高,像美光的1γ DDR5速度能达到9200MT/s,比前代快15%-7;三是未来容量更大,EUV能在同样面积塞进更多存储单元。

不过说实话,现在这些优势在日常使用中还不明显。等过两年EUV技术更普及、价格下来了,差别就会更显著。就像当年SSD取代机械硬盘一样,新技术总是慢慢渗透的。

网友提问:EUV光刻机这么贵,为什么厂商还抢着买?不怕亏本吗?

嘿,这问题问到点子上了!一台EUV光刻机动不动就上亿美元,新一代High NA EUV更是要4亿美元左右-4,贵得吓人!但厂商还是抢着买,为啥?

首先,不买就落后。存储芯片行业竞争太激烈了,三星、海力士、美光三家占了全球94%的市场-5。现在海力士在1c DRAM上用了六层EUV,良率达到80%-90%-10;三星也要在第六代10纳米DRAM上用超过5个EUV层-2。你不用EUV,芯片密度、性能就跟不上,市场份额就被抢了。

长期看更划算。EUV虽然设备贵,但能简化生产流程。传统方法需要多次图案化,EUV可能一次就行,这样生产效率反而可能更高。三星说用EUV的1a工艺生产效率是传统工艺的两倍-5

再者,是为未来投资。AI、自动驾驶这些新技术需要越来越强的存储芯片,现在投资EUV,是为了抢未来市场的门票。海力士计划2026年就用High NA EUV生产内存芯片-4,眼光已经放到几年后了。

网友提问:中国公司在DRAM EUV技术方面处于什么位置?有没有可能追赶?

这个问题挺复杂的,我尽量客观说说情况。中国公司在DRAM EUV技术方面确实有差距,但也在努力追赶。

根据韩国进出口银行的报告,目前韩国与中国在DRAM技术上存在约5年的差距-5。这个差距主要来自几个方面:一是EUV设备获取受限,全球只有荷兰ASML能生产,而且供应有限;二是技术积累需要时间,EUV工艺非常复杂;三是研发投入巨大,三星一次就能投2.6万亿韩元买EUV设备-9,这不是小数目。

但中国公司也没闲着,正在多条腿走路:一是加强自主研发,在材料、设计上下功夫;二是寻求替代路径,看能不能用其他技术达到类似效果;三是人才培养和引进,半导体是人才密集型产业。

追赶有可能,但需要时间。半导体行业有个特点,越先进的技术研发周期越长、投入越大。EUV之后还有High NA EUV,再往后可能还有新技术。这是一场马拉松,不是短跑。

短期看,中国公司可能先在传统工艺上做到极致,同时布局新技术研发;长期看,随着全球产业链调整和自身技术积累,差距有可能逐步缩小。但这需要持续投入和耐心,毕竟三星、海力士这些公司已经积累了数十年经验。