DRAM邁入3D時(shí)代！

　　3D Super-DRAM是什么? 為何需要這種技術(shù)?

　　就算3D NAND的每位成本與平面NAND相比較還不夠低，NAND閃存已經(jīng)成功地由平面轉為3D，而DRAM還是維持2D架構;在此同時(shí)，DRAM制程的微縮也變得越來(lái)越困難，主要是因為儲存電容的深寬比(aspect ratio)隨著(zhù)組件制程微縮而呈倍數增加。

　　因此，為了要延長(cháng)DRAM這種內存的壽命，在短時(shí)間內必須要采用3D DRAM解決方案。 什么是3D超級DRAM (Super-DRAM)? 為何我們需要這種技術(shù)? 以下請見(jiàn)筆者的解釋。

　　平面DRAM是內存單元數組與內存邏輯電路分占兩側，3D Super-DRAM則是將內存單元數組堆棧在內存邏輯電路的上方，因此裸晶尺寸會(huì )變得比較小，每片晶圓的裸晶產(chǎn)出量也會(huì )更多;這意味著(zhù)3D Super-DRAM的成本可以低于平面DRAM。

　　3D Super-DRAM與平面DRAM結構比較

　　3D Super-DRAM重復使用了運用于平面DRAM的經(jīng)證實(shí)生產(chǎn)流程與組件架構;當我們比較平面與3D兩種DRAM，儲存電容以及內存邏輯電路應該會(huì )是一樣的，它們之間的唯一差別是單元晶體管。 平面DRAM正常情況下會(huì )采用凹型晶體管(recessed transistor)，3D Super-DRAM則是利用垂直的環(huán)繞閘極晶體管(Surrounding Gate Transistor，SGT)

　　3D Super-DRAM架構

　　平面DRAM最重要也最艱難的挑戰，是儲存電容的高深寬比。 如下圖所示，儲存電容的深寬比會(huì )隨著(zhù)組件制程微縮而呈倍數增加;換句話(huà)說(shuō)，平面DRAM的制程微縮會(huì )越來(lái)越困難。 根據我們的了解，DRAM制程微縮速度已經(jīng)趨緩，制造成本也飆升，主要就是因為儲存電容的微縮問(wèn)題;這個(gè)問(wèn)題該如何解決?

　　平面DRAM儲存電容深寬比會(huì )隨制程微縮而增加

　　平面DRAM的儲存電容恐怕無(wú)法變化或是修改，但是如果使用內存單元3D堆棧技術(shù)，除了片晶圓的裸晶產(chǎn)出量可望增加四倍，也能因為可重復使用儲存電容，而節省高達數十億美元的新型儲存電容研發(fā)成本與風(fēng)險，并加快產(chǎn)品上市時(shí)程。

　　垂直SGT與凹型晶體管有什么不同? 兩者都有利于源極(source)與汲極(drain)間距離的微縮，因此將泄漏電流最小化;但垂直SGT能從各種方向控制閘極，因此與凹型晶體管相較，在次臨限漏電流(subthreshold)特性的表現上更好。

　　垂直SGT與凹型晶體管特性比較

　　眾所周知，絕緣上覆硅(SOI)架構在高溫下的接面漏電流只有十分之一;而垂直SGT的一個(gè)缺點(diǎn)，是沒(méi)有逆向偏壓(back-bias)特性可以利用。 整體看來(lái)，垂直SGT與凹型晶體管都能有效將漏電流最小化。

　　接著(zhù)是位線(xiàn)寄生效應(parasitics)的比較。 平面DRAM的埋入式位線(xiàn)能減少儲存電容與位線(xiàn)之間的寄生電容;垂直SGT在最小化寄生電容方面也非常有效，因為位線(xiàn)是在垂直SGT的底部。 而因為垂直SGT與埋入式晶體管的位線(xiàn)都是采用金屬線(xiàn)，位線(xiàn)的串聯(lián)電阻能被最小化;總而言之，垂直SGT與凹型晶體管的性能與特征是幾乎相同的。

　　垂直SGT凹型晶體管的寄生電容比較

　　不過(guò)垂直SGT與凹型晶體管比起來(lái)簡(jiǎn)單得多，前者只需要兩層光罩，節省了3~4層光罩步驟;舉例來(lái)說(shuō)，不用源極與汲極光照，也不需要凹型閘極光罩、字符線(xiàn)(word line)光罩，以及埋入式位線(xiàn)光罩。 如果你有3D Super-DRAM制造成本高昂的印象，這是不正確的;3D Super-DRAM的制程與結構，還有組件的功能性與可靠度都已成功驗證。

　　垂直SGT需要的光罩層數較少

　　下圖是3D Super-DRAM與平面DRAM相較的各種優(yōu)點(diǎn)摘要：