3D DRAM可延長DRAM存儲器的使用壽命

來源：宇芯有限公司 日期：2018-01-11 15:58:37

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3D Super-DRAM是什么?

為了要延長DRAM內存的使用壽命在近期內必須要采用3D DRAM解決方案。那么什么是3D超級DRAM (Super-DRAM)呢？為什么需要這種技術？

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所以裸晶尺寸會變得比較小每片晶圓的裸晶產出量也會更多這說明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的經證實生產流程與組件架構，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 TransistorSGT)

 

 

3D Super-DRAM架構

平面DRAM最重要也最艱難的挑戰(zhàn)是儲存電容的高深寬比。如下圖所示儲存電容的深寬比會隨著組件制程微縮而呈倍數增加，換句話說平面DRAM的制程微縮會越來越困難。根據我們的了解DRAM制程微縮速度已經趨緩制造成本也飆升主要就是因為儲存電容的微縮問題，這個問題該如何解決?

 

 

平面DRAM儲存電容深寬比會隨制程微縮而增加

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

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的一個缺點是沒有逆向偏壓(back-bias)特性可以利用。整體看來垂直SGT與凹型晶體管都能有效將漏電流最小化。

接著是位線寄生效應(parasiTIcs)的比較。平面DRAM的埋入式位線能減少儲存電容與位線之間的寄生電容，垂直SGT在最小化寄生電容方面也非常有效因為位線是在垂直SGT的底部。而因為垂直SGT與埋入式晶體管的位線都是采用金屬線位線的串聯電阻能被最小化，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與凹型晶體管的寄生電容比較

不過垂直SGT與凹型晶體管比起來簡單得多前者只需要兩層光罩節(jié)省了3~4層光罩步驟，舉例來說不用源極與汲極光照也不需要凹型閘極光罩、字符線(word line)光罩以及埋入式位線光罩。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)點摘要：

 

 

 

 

關鍵詞：DRAM

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