Samsung bestätigt Umstieg von 6F² auf 4F² bei der nächsten DRAM-Einheitsstruktur

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Samsung Electronics hat die Richtung für die nächste Generation der DRAM-Zellstruktur festgelegt und wird von der aktuellen 6F² (6F Quadrat) auf 4F² (4F Quadrat) umsteigen. Da die bestehenden Miniaturisierungsmethoden bei der Verkleinerung der Halbleiterlinienbreite allmählich an ihre Grenzen stoßen, wird es zu einem neuen Ansatz, die Anordnung der DRAM-Zellen selbst zu ändern und mehr Zellen auf derselben Fläche zu integrieren. In der Branche wird allgemein angenommen, dass 4F Quadrat der „Sprungbrett“ für die Umstellung von flachem DRAM auf echtes 3D DRAM ist. Allerdings wird 4F Quadrat nach 2 bis 3 Generationen ebenfalls auf eine weitere Miniaturisierungsgrenze stoßen, weshalb einige Prognosen vorhersagen, dass in den 2030er Jahren eine Ära von 3D DRAM mit über 100 Schichten, ähnlich wie bei NAND-Flash-Speicher, entstehen wird.

Laut Informationen, die am 17. von der Marktforschungsagentur TechInsights veröffentlicht wurden, ist der aktuelle Mainstream im DRAM-Halbleitermarkt die 10-Nanometer-Generation (1b) DRAM. Samsung Electronics, SK Hynix, Micron und andere führende Speicherhersteller entwickeln und produzieren derzeit die 10-Nanometer-Generation (1c) DRAM-Technologie und erweitern derzeit die Anwendungen, insbesondere im Bereich von Serverprodukten wie DDR5 DIMM. DRAM hat die Miniaturisierungsprozesslinien durchlaufen, die nacheinander 1x, 1y, 1z, 1a, 1b, 1c, 1d usw. umfassen.

1a entspricht 12 bis 13 Nanometern, 1c entspricht 11 Nanometern, während die 10-Nanometer-Generation (1d) DRAM als die echte 10-Nanometer-Technologie angesehen wird. Danach wird die 0-Serie (0a, 0b usw.) mit einstelligen Nanometern eintreten. Samsung Electronics und SK Hynix treiben derzeit jeweils die Entwicklung von 1d DRAM voran, mit dem Ziel, bis Ende dieses Jahres oder Anfang nächsten Jahres in die Massenproduktion zu gehen.

4F Quadrat wird die zukünftige Entwicklungsrichtung der DRAM-Technologie sein

Vor der 1d DRAM-Generation wird Samsung Electronics und SK Hynix voraussichtlich weiterhin die bestehende 6F Quadrat-Struktur beibehalten und die Miniaturisierung durch die Erweiterung der EUV-Anwendung und die Optimierung der Zellstruktur fortsetzen. Das Problem tritt jedoch auf, wenn es darum geht, über 10 Nanometer voranzukommen. DRAM benötigt Kondensatoren, um Daten in Form von Ladungen zu speichern, und es ist ziemlich schwierig, dies nur durch ständige Verkleinerung der Linienbreite voranzutreiben. Je kleiner die Zelle ist, desto schwieriger wird es, in einem begrenzten Raum ausreichend Speicherkapazität zu erreichen, was die Prozessschwierigkeiten erheblich erhöht. Daher wenden sich Speicherhersteller von der reinen Verkleinerung der Linienbreite ab und ändern die Anordnung und Struktur der Zellen, wobei 4F Quadrat ein Beispiel dafür ist.

Einfach ausgedrückt, 4F Quadrat reduziert die Grundfläche, die eine einzelne DRAM-Zelle einnimmt. Hierbei steht F für die Design-Einheit, die auf der minimalen Linienbreite von Halbleiterschaltungen basiert. In der derzeit gängigen 6F Quadrat-Struktur benötigt die Anordnung einer Zelle eine Fläche, die dem Sechsfache der minimalen Linienbreite entspricht, während 4F Quadrat diesen Wert auf etwa das Vierfache reduziert. Theoretisch kann die Zellfläche bei gleicher Linienbreite um etwa ein Drittel im Vergleich zur Vergangenheit reduziert werden, was es ermöglicht, mehr Speicherzellen auf demselben Wafer zu integrieren.

Laut Prognosen von TechInsights wird die 1c- und 1d-Generation von 2026 bis 2028 die 6F Quadrat-Struktur beibehalten, gefolgt von der 0a- und 0b-Generation von 2028 bis 2031, in der 9- bis 8-Nanometer-4F Quadrat sowie vertikale Kanäle, gebondete DRAM und andere Technologien erscheinen werden. Der Vizepräsident von TechInsights, Choi Jeong-dong, erklärte kürzlich auf dem „SEMI Member Day 2026“ in Suwon, dass der 0a-Knoten, der 2028 bis 2029 offiziell eingeführt wird, zum Wendepunkt in der technologischen Strategie der drei großen DRAM-Hersteller werden wird.

Er erwähnte, dass Samsung Electronics, SK Hynix und Micron derzeit alle einen ähnlichen Weg der Verkleinerung der Linienbreite basierend auf der 6F Quadrat-Struktur verfolgen, aber nach 0a Unterschiede auftreten werden, je nachdem, wann und auf welche Weise die Hersteller 4F Quadrat, gebondeten DRAM und 3D DRAM einführen. Darüber hinaus entwickelt auch der chinesische Hersteller ChangXin Storage Technologien für die nächste Generation von Zellstrukturen, einschließlich 4F Quadrat und 3D DRAM.

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