在 DRAM 行业中，4F2 内存单元架构曾被视为提升密度的“圣杯”，其理论优势在于相比传统 6F2 设计可缩减 33% 的单元面积，从而在同等区域容纳更多存储单元。然而，经过长达二十年的研究与评估，美光（Micron）近日宣布终止对 4F2 DRAM 技术的未来规划。美光总裁兼首席技术和产品官斯科特·德博尔 (Scott DeBoer) 指出，该架构并未带来预期的密度收益，反而显著增加了制造复杂性与成本，且存在根本性的扩展限制。
值得注意的是，尽管三星和 SK hynix 在其技术路线图中仍保留 4F2 内存单元计划，但美光的这一决定使其走上了独特的技术路径。此前，美光曾推迟引入 EUV 光刻技术，却依然保持了在成本与性能上的竞争力，因此此次放弃 4F2 架构并不令人意外。
电容间距才是密度关键，而非晶体管面积
4F2 命名源自其单元面积为最小光刻特征尺寸 (F) 的四倍平方，而常规 DRAM 为六倍平方。理论上，相同特征尺寸下，4F2 单元比 6F2 少占用约 33% 的面积，这意味着每晶圆内存单元数量可增加 50%，进而降低位成本并提升设备容量。然而，实现这一优势依赖于开发合适的晶体管架构及紧凑的电容装置。
德博尔解释称，DRAM 电容器的尺寸与间距，而非晶体管面积，最终决定了晶圆上的存储电池数量。由于 4F2 和 6F2 晶体管结构均需置于电容器下方，单纯缩小晶体管面积并不能保证整体电池尺寸的相应减少。美光认为，4F2 引入了额外的制造步骤和复杂性，却未提供足够回报。
“需要明确的是，设定 DRAM 位密度的是电容的间距、大小和尺寸，而不是它是 6F2、4F2 还是 8F2。”德博尔表示，“几十年的研究证明，4F2 相比 6F2 并没有实质性的密度优势。你可以用不同方式构建电池和底层晶体管，但它们必须适应电容的调度。关于 6F2 与 4F2 的比较，某种程度上只是‘烟雾和镜子’般的误导。”
继续深耕 6F2 平面工艺，迈向高 NA EUV
放弃 4F2 后，美光计划通过降低电容间距和缩小工艺技术节点，继续扩展传统的 6F2 DRAM。公司认为，无需引入根本不同的晶体管架构，即可通过先进光刻、新材料及晶圆粘合技术提升比特密度。
例如，美光即将推出的 1δ 工艺技术预计于 2027 年下半年量产，相比前代有望提升 20% 的比特密度。此外，美光还计划在未来的 DRAM 世代中采用高 NA EUV 光刻技术。
德博尔承认，4F2 DRAM 在技术上可行，美光也已制造出基于该架构的实验性器件。但随着特征尺寸缩小，其制造复杂性和成本问题日益凸显。虽然中国长鑫存储 (CXMT) 近期对 4F2 技术表示推崇，但美光认为在引入最终需再次重大过渡的中间架构上价值有限。
“回顾过去几个节点，4F2 确实可以回溯应用，毫无疑问。”德博尔指出，“但它更复杂、更昂贵。如果要将 4F2 扩展到当前范围之外，那就是物理学的极限了。4F2 扩展存在根本性问题，最终将导致 3D DRAM 的出现，而非 4F2 的延续。”
3D DRAM 是长期战略方向
美光首选的长期解决方案是 3D DRAM。该技术通过垂直堆叠内存单元来增加密度，不再完全依赖横向尺寸的缩减。除了开发下一代平面 DRAM 工艺外，美光已研发出多个世代的 3D DRAM 生产节点。鉴于 3D NAND 节点依赖平面工艺的基础创新，这一进展符合预期，尽管商业生产的具体时间表尚未披露。
德博尔表示，当 3D DRAM 在密度、制造复杂性和成本之间达到最佳平衡时，美光将进行过渡。尽管竞争对手坚持 4F2 路线，但美光认为假设缩小名义足迹就能改善制造经济性是错误的，扩展 6F2 并最终转向 3D DRAM 提供了更优的长期战略。
