长鑫DRAM投产，首次公开源自奇梦达的技术细节

作为此前国产存储器三大探路者之一的长鑫存储（CXMT），在福建晋华被卷入“技术涉美”风波被迫停摆后，曾一度是国内唯一的DRAM自研企业。虽然紫光集团近期也进入DRAM业务，但从进度上看，长鑫仍然是本土的DRAM一哥。

上半年，长鑫曾表示将在年底生产首颗 8Gb DDR4 芯片，这是中国第一颗自主研发的 DRAM 内存芯片，采用国际主流的19nm工艺。不过在今天（9月20日），长鑫宣布12英寸DRAM生产线已经投产，据悉已投产的DDR4芯片通过了多个国内外大客户的验证，今年底会正式交付。同时，供移动终端使用的低功耗产品LPDDR4X也即将正式投产，目前国产品牌手机出货占全球四成以上，这将有助于替代进口DRAM，也标志着我国在DRAM存储芯片领域实现突破。

带着疑问：长鑫技术从哪来？

长鑫存储董事长兼CEO朱一明先生曾在上海举办的GSA MEMORY+峰会上发表《中国存储技术发展与解决方案》主题演讲，指出长鑫的技术源自奇梦达（Qimonda），并结合了长鑫自己的技术。通过与奇梦达合作，将一千多万份有关DRAM的技术文件（约2.8TB数据）收归囊中，目前共有1万6千个专利申请。但随后传出长鑫对部分技术进行更改，排除涉美技术的消息，《电子工程专辑》也特地撰文分析了这件事，但大家对长鑫采用的DRAM技术来源和细节仍十分好奇。

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在日前于深圳举办的中国闪存市场峰会（CFMS2019）上，长鑫存储副总裁、未来技术评估实验室负责人平尔萱博士做了题为《DRAM技术趋势与行业应用》的演讲，首次公开这家本土DRAM企业的技术细节，以及他们对DRAM技术现状和未来的看法。

长鑫存储副总裁、未来技术评估实验室负责人平尔萱博士

DRAM技术的过去

平尔萱博士表示，“我们现在的信息社会是由大量数据组成的，这些数据通常需要运算才能变成对社会、对人类有用的信息。而支撑数据的就是IC产业和冯诺依曼架构，在这个架构中，数据存储在DRAM中，CPU按照一定的规矩去将里面的数据提取出来然后进行运算，最后在外围设备，比如显示屏上显示出来。”

DRAM是什么？平博士介绍到，DRAM其实是一个基于电容存储电荷原理规则的阵列，通过外围电路管理读写里面存储的数据。现在的DRAM已经能够在一个指甲大小的面积上做到80亿存储单元，按每8个存储单元可以存储一个字母来算，80亿存储单元可以存8亿个字母，这些字母能够在几秒钟之内读写完毕。

“这让DRAM现在还没有任何东西可以取代，因为DRAM的读取速度是最快的。”平博士说到。

DRAM在60年代被发明出来，70年代开始进入市场，50年来变化很多。随着近些年数据量的增加，CPU的计算能力要加强，存储器的容量和读取速度也需要增强，对DRAM的要求也会提高。早期的DRAM芯片，由于线宽比较大，因此有足够的平面面积可制造出足够的电容值，普遍采用的平面结构。到后面随着线宽的减少，表面积逐渐减少，过往的技术不能满足所需电容值，所以演化出向空间发展争取表面积的结构，分别是向下发展的沟槽式，以及向上发展的堆叠式。

在前30年，这两个技术并存，但后来堆叠式逐渐成为主流。这是因为“沟槽式架构面临几个技术难点，主要是从面积考虑，沟槽式只限于单面表面积，堆叠式则能用内表面、外表面的双面表面积做电容，沟槽式架构很快就达到了刻蚀深宽比极限，而堆叠式可以做到比他高一倍的电容值。其二是高介质材料的应用受到沟槽式中高温制程的限制。”

揭秘：奇梦达也有堆栈式，只是没来得及用

当时业界对长鑫技术的疑问，主要在于都认为奇梦达只有沟槽式技术，而长鑫却用的是堆栈式。平博士表示，奇梦达确实提出过“埋入式电栅三极管”（ Buried Word Line Transistor）的堆叠式概念，并给整个产业带来巨大贡献。他表示，这个技术同样是利用空间，将三极管的性能提升，这种提升随着线宽的减少越来越被需要，而近代DRAM产品都沿用这个概念。

2008年，堆叠式技术成为DRAM主流，奇梦达当时基于Buried Word Line的46nm工艺产品已经完成研发，与上一代58nm工艺相比，晶圆数量增加100%。不过2008年的金融危机让DRAM价格断崖式下滑，奇梦达的Buried Word Line技术还没来得及进入量产，就在2009年破产，之后Buried Word Line技术被雪藏。

看看堆叠式DRAM架构的发展历史以及发展趋势就可以发现，现在DRAM沿用密集排布电容及埋入式字线三极管，当时从30nm工艺开始流行，随后微缩成20nm，一直影响了好几代产品。在这之后DRAM技术有了更多改变，比如说引入HKMG三极管使外围线路功能增加，还比如说引入EUV极紫外光刻机使得微缩可以延续、DRAM信号得到加强。

DRAM 技术一直在往前进

平博士表示，DRAM 技术一直在往前进，从双重图案对准（SADP）走向四重图案对准（SAQP）技术，从内外双面电容逐渐走到外部的单面积电容，也就是柱状电容。

此外，先进工艺已经走到 7nm 和 5nm，DRAM 工艺技术也要往下走到 10nm 以下，开发环绕式三节晶体管结构 GAA（Gate-all-around），还有开发新型的存储器技术等，整个来看，未来存储技术还有很多新的变局和成果延伸。

剩下的剧情我们也猜到了，长鑫通过授权获得了奇梦达的Buried Word Line相关技术，借助从全球招揽的人才和先进制造装备，把奇梦达的46nm平稳推进到了10nm。据平博士介绍，公司目前已经开始了HKMG、EUV和GAA等新技术的探索。

DRAM生产离不开Fab，过去几十年间，全球各大Fab经历了风风雨雨，也包括中国。长鑫从2016年开始选择IDM模式，自己建造工厂、自己开发技术。目前长鑫的一期厂房设计月产能12万片12英寸晶圆，装机月产能2万片，正在评估年底月产能4万片的可行性。

平博士称：“我们已接近世界先进技术，并以赶超他们为目标。”