3D Super-DRAM是什么?為何需要這種技術(shù)?

為了要延長DRAM這種內(nèi)存的壽命，在短時間內(nèi)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)?以下請見筆者的解釋。

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

3D Super-DRAM與平面DRAM結(jié)構(gòu)比較

3D Super-DRAM重復(fù)使用了運用于平面DRAM的經(jīng)證實生產(chǎn)流程與組件架構(gòu);當(dāng)我們比較平面與3D兩種DRAM，儲存電容以及內(nèi)存邏輯電路應(yīng)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 Transistor，SGT)

3D Super-DRAM架構(gòu)

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(shù)增加;換句話說，平面DRAM的制程微縮會越來越困難。根據(jù)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(nèi)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(fù)使用儲存電容，而節(jié)省高達數(shù)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(xiàn)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(gòu)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(yīng)(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(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(jié)構(gòu)，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(shù)較少

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