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3D DRAM可延長(zhǎng)DRAM存儲(chǔ)器的使用壽命
來源：宇芯有限公司 日期：2018-01-11 15:58:37
3D Super-DRAM是什么?
為了要延長(zhǎng)DRAM內(nèi)存的使用壽命在近期內(nèi)必須要采用3D DRAM解決方案。那么什么是3D超級(jí)DRAM (Super-DRAM)呢？為什么需要這種技術(shù)？
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)存邏輯電路的上方所以裸晶尺寸會(huì)變得比較小每片晶圓的裸晶產(chǎn)出量也會(huì)更多這說明3D Super-DRAM的成本可以低于平面DRAM。
3D Super-DRAM重復(fù)使用了運(yùn)用于平面DRAM的經(jīng)證實(shí)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(chǔ)存電容以及內(nèi)存邏輯電路應(yīng)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 TransistorSGT)
平面DRAM最重要也最艱難的挑戰(zhàn)是儲(chǔ)存電容的高深寬比。如下圖所示儲(chǔ)存電容的深寬比會(huì)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(huì)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?yàn)閮?chǔ)存電容的微縮問題，這個(gè)問題該如何解決?
平面DRAM的儲(chǔ)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?yàn)榭芍貜?fù)使用儲(chǔ)存電容而節(jié)省高達(dá)數(shù)十億美元的新型儲(chǔ)存電容研發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)并加快產(chǎn)品上市時(shí)程。
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(gè)缺點(diǎn)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(chǔ)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?yàn)槲痪€是在垂直SGT的底部。而因?yàn)榇怪盨GT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。
不過垂直SGT與凹型晶體管比起來簡(jiǎn)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(yàn)證。
下圖是3D Super-DRAM與平面DRAM相較的各種優(yōu)點(diǎn)摘要：
為了要延長(zhǎng)DRAM內(nèi)存的使用壽命在近期內(nèi)必須要采用3D DRAM解決方案。那么什么是3D超級(jí)DRAM (Super-DRAM)呢？為什么需要這種技術(shù)？
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)存邏輯電路的上方所以裸晶尺寸會(huì)變得比較小每片晶圓的裸晶產(chǎn)出量也會(huì)更多這說明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(yùn)用于平面DRAM的經(jīng)證實(shí)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(chǔ)存電容以及內(nèi)存邏輯電路應(yīng)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 TransistorSGT)
3D Super-DRAM架構(gòu)
平面DRAM最重要也最艱難的挑戰(zhàn)是儲(chǔ)存電容的高深寬比。如下圖所示儲(chǔ)存電容的深寬比會(huì)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(huì)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?yàn)閮?chǔ)存電容的微縮問題，這個(gè)問題該如何解決?
平面DRAM儲(chǔ)存電容深寬比會(huì)隨制程微縮而增加
平面DRAM的儲(chǔ)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?yàn)榭芍貜?fù)使用儲(chǔ)存電容而節(jié)省高達(dá)數(shù)十億美元的新型儲(chǔ)存電容研發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)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(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(gè)缺點(diǎn)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(chǔ)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?yàn)槲痪€是在垂直SGT的底部。而因?yàn)榇怪盨GT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(jiǎn)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(yàn)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(diǎn)摘要：
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