DRAM迎來(lái)3D時(shí)代？

3D DRAM 是一種具有新結構的存儲芯片，打破了當前陳舊的范式?，F有的 DRAM 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)側重于通過(guò)減小電路線(xiàn)寬來(lái)提高集成度，但隨著(zhù)線(xiàn)寬進(jìn)入 10 納米范圍，電容器電流泄漏和干擾等物理限制顯著(zhù)增加。為了防止這種情況，引入了高介電常數（高 K）沉積材料和極紫外（EUV）設備等新材料和設備。但半導體行業(yè)認為，微型化制造 10 納米或更先進(jìn)的芯片將對芯片制造商造成巨大挑戰。

一家加利福尼亞公司 NEO 推出了一種解決方案，可以用于通過(guò) 3D 堆疊技術(shù)提高 DRAM 芯片密度。據稱(chēng)新的存儲芯片將大大提高 DRAM 容量，同時(shí)仍需要低成本、低維護的制造工作。NEO 表示，3D X-DRAM 是世界上第一個(gè)用于 DRAM 內存的類(lèi) 3D NAND 技術(shù)，該解決方案旨在解決 DRAM 的容量瓶頸，同時(shí)取代「整個(gè) 2D DRAM 市場(chǎng)」。該公司表示其解決方案優(yōu)于競爭產(chǎn)品，因為它比當今市場(chǎng)上的其他選擇更方便。

NEO 解釋說(shuō)，3D X-DRAM 采用基于無(wú)電容器浮體單元技術(shù)的類(lèi) 3D NAND DRAM 單元陣列結構。3D X-DRAM 芯片可以用目前用于 3D NAND 芯片的相同方法制造，因為它們只需要一個(gè)掩模來(lái)定義位線(xiàn)孔并在孔內形成單元結構。

這種單元結構簡(jiǎn)化了工藝步驟，為 3D 系統內存制造提供了「高速、高密度、低成本、高良率的解決方案」。NEO 估計其新的 3D X-DRAM 技術(shù)可以實(shí)現 128 Gb 的密度和 230 層，比現在的 DRAM 密度高 8 倍。

NEO 表示，全行業(yè)正在努力將 3D 堆疊解決方案引入 DRAM 市場(chǎng)。借助 3D X-DRAM，芯片制造商可以利用當前「成熟」的 3D NAND 工藝，而無(wú)需存儲行業(yè)內的學(xué)術(shù)論文和研究人員提出的更奇特的工藝。

NEO 創(chuàng )始人兼首席執行官、擁有 120 多項美國專(zhuān)利的 Andy Hsu 表示，3D X-DRAM 顯然是新興 3D DRAM 市場(chǎng)中的領(lǐng)先解決方案。這是一種非常簡(jiǎn)單且成本低廉的制造和擴展解決方案，它可能會(huì )蓬勃發(fā)展，尤其是在對高密度 DIMM 模塊有著(zhù)迫切需求的服務(wù)器市場(chǎng)。

NEO 表示，有關(guān) 3D X-DRAM 的相關(guān)專(zhuān)利申請已于 2023 年 4 月 6 日隨美國專(zhuān)利申請公布一起公布。該公司預計該技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，在 2030 年代中期密度從 128Gb 線(xiàn)性增加到 1Tb。

大廠(chǎng) 3D DRAM 的動(dòng)作

存儲巨頭在 3D DRAM 產(chǎn)品研發(fā)方面仍處于早期階段。

美光自 2019 年就已經(jīng)開(kāi)始了 3D DRAM 的研究，三星電子和 SK 海力士也在加速 3D DRAM 的商業(yè)化。

2021 年，韓國半導體廠(chǎng)商正式開(kāi)始談 3D DRAM 的開(kāi)發(fā)。恰逢三星電子于 2021 年在其 DS 部門(mén)內建立了下一代工藝開(kāi)發(fā)團隊開(kāi)始研究。

「3D DRAM 被認為是半導體行業(yè)未來(lái)的增長(cháng)動(dòng)力，」三星電子半導體研究中心副總裁兼工藝開(kāi)發(fā)辦公室負責人 Lee Jong-myung 在 3 月 10 日于首爾 COEX 舉行的 IEEE EDTM 2023 上表示負責 SK 海力士未來(lái)技術(shù)研究所的 SK 海力士副總裁 Cha Seon-yong 也在 3 月 8 日表示，「到明年左右，有關(guān) 3D DRAM 電氣特性的細節將被披露，確定他們的發(fā)展方向?！?/span>

三星電子和 SK 海力士今年量產(chǎn)的尖端 DRAM 線(xiàn)寬為 12 納米?？紤]到目前 DRAM 線(xiàn)寬微縮一納米的現狀，新結構 DRAM 的商品化將成為一種必然，而不是一種選擇，三四年后。

三星電子和 SK 海力士可能會(huì )加速 3D DRAM 技術(shù)的商業(yè)化。

與現有的 DRAM 市場(chǎng)不同，3D DRAM 市場(chǎng)并沒(méi)有絕對的領(lǐng)導者，因此快速量產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。還需要及時(shí)應對由于 ChatGPT 等人工智能的激活而導致的對高性能和大容量存儲器半導體的需求增加。

3D DRAM 領(lǐng)域的技術(shù)競爭也在升溫。據半導體技術(shù)分析公司 TechInsights 稱(chēng)，在內存半導體市場(chǎng)排名第三的美光正積極準備藍海市場(chǎng)，到 2022 年 8 月獲得 30 多項 3D DRAM 專(zhuān)利技術(shù)。相比不到 15 項 DRAM 三星電子持有的專(zhuān)利和 SK 海力士持有的大約 10 項專(zhuān)利，美光獲得的 3D DRAM 相關(guān)專(zhuān)利是這兩家韓國芯片制造商的兩到三倍。三星電子和 SK 海力士分列全球 DRAM 市場(chǎng)第一和第二位。

3D DRAM 可能是革命性的

2013 年閃迪推出的 3D NAND 曾為 NAND 產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了革命性的改變，10 年過(guò)去，176 層的 3D NAND 已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)，230 層產(chǎn)品即將推出，300 層的產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)。然而，DRAM 在平面時(shí)代停滯不前。

三星今年發(fā)表了一篇名為「通過(guò)第三維進(jìn)行 DRAM 縮放的持續演進(jìn)——垂直堆疊 DRAM」的論文，論文中指出：「在過(guò)去的幾十年里，通過(guò)縮小每單位面積的存取晶體管和電容器，DRAM 的密度得到了顯著(zhù)提高。然而，遠遠超出 10 nm 工藝節點(diǎn)的縮小設備越來(lái)越多地帶來(lái)工藝和可靠性挑戰。隨著(zhù)閃存技術(shù)通過(guò) 3D NAND 取得了關(guān)鍵性的成功創(chuàng )新，DRAM 技術(shù)也可能采用垂直堆疊存儲單元。垂直堆疊 DRAM (VS-DRAM) 通過(guò)增加層數以及減小晶體管的尺寸來(lái)繼續提高芯片上的位密度?！?/span>