Chinas Speicherriese CXMT erzielt großen Durchbruch bei DRAM-Materialien!

de.wedoany.com-Bericht: Der chinesische Speicherriese ChangXin Memory Technologies (CXMT), ein Nachzügler in der DRAM-Branche, holt den technologischen Rückstand auf die Branchenführer rasant auf.

Berichten zufolge ist es dem Unternehmen gelungen, die bisher überwiegend von führenden Speicherherstellern beherrschten High-k-Dielektrika (Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante) in seinen neuesten DRAM-Produkten der nächsten Generation einzusetzen und in die Massenproduktion zu überführen.

Als Reaktion darauf beschleunigen Samsung Electronics und SK Hynix die Entwicklung von Architekturen der nächsten Generation wie 4F² und 3D-DRAM, um ihre technologische Führungsposition zu behaupten.

Jeongdong Choi, Senior Vice President bei TechInsights, stellte am 27. in einem Webinar zu Trends in der Speicherbranche den neuesten Entwicklungsfahrplan für fortschrittliche DRAM-Technologien vor.

Umfassender Einsatz fortschrittlicher High-k-Materialien zur schnellen Aufholjagd auf die Branchenführer

Der globale DRAM-Markt wird seit langem von den „Großen Drei" dominiert: Samsung Electronics und SK Hynix aus Südkorea sowie Micron aus den USA. Diese drei Unternehmen erweitern kontinuierlich ihre Auslieferungsmengen an hochwertigen KI-Speicherprodukten durch die Kommerzialisierung von DRAM auf 12-nm-Klasse sowie High Bandwidth Memory (HBM).

Allerdings holen die chinesischen Speicherhersteller schnell auf. Der derzeit größte inländische DRAM-Riese CXMT hat bereits auf Basis von G4, dem Prozess der 16-nm-Klasse, DDR5- und LPDDR5-Produkte kommerzialisiert.

In jüngster Zeit hat CXMT damit begonnen, in DRAM-Transistoren fortschrittliche Materialien einzusetzen, die zuvor hauptsächlich von den führenden Speicherherstellern verwendet wurden.

„Wichtig ist, dass unsere Analysen zeigen, dass CXMT die High-k-Metal-Gate-Technologie (HKMG) erfolgreich in den G4-Prozess sowie in LPDDR5X-Produkte eingeführt hat", sagte Choi.

High-k-Materialien werden in Isolationsschichten verwendet und können Leckströme zwischen Schaltkreisen reduzieren. Da sie bei gleicher Spannung mehr Ladung speichern können, ermöglichen sie im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumdioxid-Gate-Dielektrika (SiO₂) eine aggressivere Bauelement-Miniaturisierung.

Samsung Electronics, SK Hynix und Micron haben vor etwa vier bis fünf Jahren begonnen, solche Materialien einzusetzen.

In der Zwischenzeit treibt CXMT auch die HBM-Technologie voran. Berichten zufolge führt das Unternehmen derzeit mit dem G3-Prozess, dem DRAM-Verfahren der 18-nm-Klasse, eine Risiko-Massenproduktion von HBM2E durch. HBM2E gehört zur dritten Generation der HBM-Produkte. Darüber hinaus befindet sich HBM3 auf Basis des G4-Prozesses in der Kundenbemusterung.

„CXMT muss derzeit noch zwei Generationen zu den führenden Herstellern aufholen, aber seine HBM-Roadmap schreitet weiterhin in Richtung leistungsfähigerer Speicherlösungen voran", sagte Choi. „Der G5-Prozess, das DRAM-Verfahren der 15-nm-Klasse, befindet sich ebenfalls in der Entwicklung."

Die DRAM-Großen Drei wenden sich 4F²- und 3D-DRAM zu

Samsung Electronics, SK Hynix und Micron bemühen sich, ihren technologischen Vorsprung durch die Entwicklung von DRAM der nächsten Generation unterhalb von 10 nm, dem D0a-Knoten, zu halten. Dabei gelten 4F²- und 3D-DRAM, die die Struktur der herkömmlichen DRAM-Speicherzelle grundlegend verändern können, als die vielversprechendsten Technologierouten der nächsten Generation.

„Nach unserer derzeitigen Einschätzung werden Samsung Electronics und SK Hynix eher 4F²-DRAM einsetzen", sagte Choi. „Micron hingegen wird wahrscheinlich direkt auf 3D-DRAM umsteigen."

4F²-DRAM ist eine Architektur der nächsten Generation, die die Anordnung der Speicherzellen – der kleinsten Einheiten zur Datenspeicherung im DRAM – verändert und die traditionelle planare Struktur in eine vertikale Struktur überführt.

Dabei steht „F²" für die Fläche, die eine Speicherzelle relativ zur minimalen Strukturgröße F des Fertigungsprozesses einnimmt.

Herkömmliches DRAM verwendet üblicherweise eine 6F²-Speicherzellenarchitektur. Eine Verkleinerung der Speicherzellenfläche kann die Speicherdichte pro Flächeneinheit des DRAM erhöhen und dadurch die Datenverarbeitungsleistung sowie den Stromverbrauch verbessern. Dies ist der Grund, warum die Industrie der 4F²-Struktur zunehmend Bedeutung beimisst.

Andererseits werden bei 3D-DRAM die bisher horizontal angeordneten Speicherzellen vertikalisiert, indem Bitleitungen (Bitline) oder Wortleitungen (Wordline) aufgerichtet werden, um eine dreidimensionale Struktur zu erreichen.

Bitleitungen und Wortleitungen sind Verbindungsstrukturen zur Steuerung und zum Betrieb der Transistoren jeder Speicherzelle.

Mit der 3D-DRAM-Architektur können auf derselben Chipfläche mehr Speicherzellen integriert werden, während gleichzeitig der Abstand zwischen den Transistoren vergrößert wird, was auch dazu beiträgt, die Störungen zwischen den Bauelementen zu reduzieren.

Allerdings ist 3D-DRAM im Vergleich zu 4F² technologisch deutlich anspruchsvoller, da es die Einführung neuer Materialien, Bonding-Technologien und anderer komplexer Prozessinnovationen erfordert.

„3D-DRAM bleibt eine äußerst anspruchsvolle Technologie. Wenn es auf dem D0a-Knoten kommerzialisiert wird, bringt es eine sehr hohe Prozesskomplexität mit sich und könnte mit Ausbeuteproblemen konfrontiert sein", sagte Choi.

„Daher ist 4F²-DRAM derzeit die realistischer erscheinende Kandidatenlösung für den D0a-Knoten."