邏輯晶元工藝和存儲晶元工藝有啥不同？

01-13

邏輯晶元的工藝目前還在20nm左右，比如Intel的CPU，而存儲晶元都已逼近10nm，比如快閃記憶體，到底二者有何不同？

存儲器工藝領先於邏輯，這是老黃曆了，目前邏輯上大家在升10nm，NAND flash最領先廠家在做15nm，DRAM還停留在20nm以上。邏輯晶元的工藝已經反超存儲器了。原因是無論NAND flash還是DRAM都是基於電容或者說電荷存儲原理的器件，隨著工藝的進步，構成器件電容的絕緣層越來越薄了，現在已經只有幾十個原子的厚度，同樣的存儲的電荷也越來越少，此時這個電容保持電荷的能力就很不穩定，電荷讀取也越來越難。總之就是原理決定了NAND flash和DRAM在20nm以下的微縮非常困難，比邏輯電路還要困難。當然了各大廠家還在不斷努力，估計再縮個一半問題不大，所花費的金錢和時間就會很恐怖了。此外還有別的途徑來維持摩爾定律的進步，如3D NAND，例如新原理的存儲器，例如相變存儲器，磁存儲器，憶阻器等。

1）差異：兩種晶元工藝的不同主要是由兩種晶元的核心部件-晶體管的結構/工作模式的差異造成，可參考半導體器件相關的書籍和論文。

2）尺寸：從gate length這個指標來看，你說的沒錯，2D NAND Flash的uncontacted poly的half pitch目前已經優於14/16nm FINFET的Lg。根據ITRS 2015數據，前者為15nm，後者為24nm。[1]

3）命名：但需要說明的是，半導體工業界對邏輯產品（MPU/ASIC）和非揮發存儲器(Flash)的工藝節點（technology node）的命名是不同的。在相當長一段時間內，前者用的是contacted metal line的half pitch，後者用的是uncontacted poly（floating gate）的half pitch。前者的physical Lg實際上比節點數字更小，而後者中的SL/BL的Lg比節點數字更大。[2]

4）新結構：然而3）中的定義方式隨著近幾年新型器件的步入市場也發生了變化，如FINFET和3D NAND。以2）中所舉例的14/16nm FINFET工藝為例，其contacted metal line的half pitch為28nm，而非標稱的14/16nm。而3D NAND的節點命名已改為minimum array half pitch，約為80nm。[1]

5）估算：由於標稱節點數字與實際工藝參數之間的差異，以及各家公司的命名也存在差異，易造成混亂，於是ASML給出了一個估算式，可以根據各家公司的實際工藝參數推算出一個與標稱節點數字相近的數字，目前為業界所普遍採用。[3]

6）先進度：目前，兩種晶元的結構存在較大差異，且各自有各自的評價方式，所以並不好說誰的工藝技術更先進，只能說分別在自己的道路上追求更加極致的性能。

這個題目很大，缺乏足夠的背景知識的話很難理解清楚，建議翻閱專業書籍、論文以及所附三份參考文獻。

[1] ITRS 2.0 2015 Executive Report

[2] ITRS 2011 Executive Summary

[3] Technology and Cost Trends at Advanced Nodes

邏輯晶元說白了就是各種邏輯電路組成的晶元，門電路啦，放大器啦，各種要求，各種Design Rule，也就意味著：複雜。

存儲晶元，全是存儲模塊，然後堆疊起來，簡單的電路連接一下就OK，也就意味著：簡單。

所以：更簡單的存儲晶元可以用集成度更高的晶元工藝。而廠商不是說能做什麼工藝做什麼，而是追求最集成的工藝，除非那個工藝良率不可接受。

當然了，這樣做的代價就是晶元之間的傳輸速度遠不如晶元內存傳輸速度快這一點無法規避。這也是為什麼以iPhone為代表的高端設備，都選擇了內置RAM模塊的複合邏輯工藝。這樣CPU和RAM之間就可以很快的傳輸數據，整個設備（手機）的速度也就有保障了。相對來說容量大（因此晶元面積大）的ROM一般就選擇外置了。這些選擇追求的都是最佳性價比。

存儲的功能單一，尺寸容易縮小。CPU功能複雜，工藝要考慮的因素很多，不能單純追求縮小尺寸。

存儲晶元一般都是新工藝的試驗田。除了前面的朋友說的存儲晶元模塊簡單而統一，因此實現起來不難之外。存儲晶元本身由於內部電路具備高度重複性，可以用來檢驗工藝誤差。

比如晶圓上某一個特定區域的存儲器參與和別的地方比差很多，或者有一些特定錯誤總是在一些固定的地方出現。這就比較好去做定位，然後修正調試工藝流程。

相反邏輯電路因為每個地方長得都不一樣，就不太適用於干這事兒。

因此，有先進工藝出來以後，一般都是先拿存儲器來試產。工藝調整穩定成熟以後，再上邏輯電路。而邏輯電路也不是亂上的。據說先上去試產的是具有和存儲器類似性質的一種電路——FPGA。

晶圓加工的具體工藝過程差異可以說一下嘛？