什么是3D超级DRAM？为何我们需要这种技术？

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就算3D NAND的每位元成本与平面NAND相比较还不够低,NAND快闪存储已经成功地由平面转为3D,而DRAM还是维持2D架构;在此同时,DRAM制程的微缩也变得越来越困难,主要是因为储存电容的深宽比(aspect ratio)随着元件制程微缩而呈倍数增加。
因此,为了要延长DRAM这种存储的寿命,在短时间内必须要采用3D DRAM解决方案。什么是3D超级DRAM (Super-DRAM)?为何我们需要这种技术?以下请见笔者的解释。
平面DRAM是存储单元阵列与存储逻辑电路分占两侧,3D Super-DRAM则是将存储单元阵列堆叠在存储逻辑电路的上方,因此裸晶尺寸会变得比较小,每片晶圆的裸晶产出量也会更多;这意味着3D Super-DRAM的成本可以低于平面DRAM。

                               
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3D Super-DRAM与平面DRAM结构比较

3D Super-DRAM重复使用了运用于平面DRAM的经证实生产流程与元件架构;当我们比较平面与3D两种DRAM,储存电容以及存储逻辑电路应该会是一样的,它们之间的唯一差别是单元电晶体。平面DRAM正常情况下会采用凹型电晶体(recessed transistor),3D Super-DRAM则是利用垂直的环绕闸极电晶体(Surrounding Gate Transistor,SGT)

                               
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3D Super-DRAM架构

平面DRAM最重要也最艰难的挑战,是储存电容的高深宽比。如下图所示,储存电容的深宽比会随着元件制程微缩而呈倍数增加;换句话说,平面DRAM的制程微缩会越来越困难。根据我们的了解,DRAM制程微缩速度已经趋缓,制造成本也飙升,主要就是因为储存电容的微缩问题;这个问题该如何解决?

                               
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平面DRAM储存电容深宽比会随制程微缩而增加

平面DRAM的储存电容恐怕无法变化或是修改,但是如果使用存储单元3D堆叠技术,除了片晶圆的裸晶产出量可望增加四倍,也能因为可重复使用储存电容,而节省高达数十亿美元的新型储存电容研发成本与风险,并加快产品上市时程。