關(guān)于3D超級DRAM技術(shù)簡單剖析

就算3D NAND的每位元成本與平面NAND相比較還不夠低，NAND快閃存儲已經(jīng)成功地由平面轉(zhuǎn)為3D，而DRAM還是維持2D架構(gòu);在此同時，DRAM制程的微縮也變得越來越困難，主要是因為儲存電容的深寬比（aspect ratio）隨著元件制程微縮而呈倍數(shù)增加。

因此，為了要延長DRAM這種存儲的壽命，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是存儲單元陣列與存儲邏輯電路分占兩側(cè)，3D Super-DRAM則是將存儲單元陣列堆疊在存儲邏輯電路的上方，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重復(fù)使用了運用于平面DRAM的經(jīng)證實生產(chǎn)流程與元件架構(gòu);當(dāng)我們比較平面與3D兩種DRAM，儲存電容以及存儲邏輯電路應(yīng)該會是一樣的，它們之間的唯一差別是單元電晶體。平面DRAM正常情況下會采用凹型電晶體（recessed transistor），3D Super-DRAM則是利用垂直的環(huán)繞閘極電晶體（Surrounding Gate Transistor，SGT）

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元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的儲存電容恐怕無法變化或是修改，但是如果使用存儲單元3D堆疊技術(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與凹型電晶體有什么不同？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，因此與凹型電晶體相較，在次臨限漏電流（subthreshold）特性的表現(xiàn)上更好。

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與凹型電晶體都能有效將漏電流最小化。

接著是位元線寄生效應(yīng)（parasitics）的比較。平面DRAM的埋入式位元線能減少儲存電容與位元線之間的寄生電容;垂直SGT在最小化寄生電容方面也非常有效，因為位元線是在垂直SGT的底部。而因為垂直SGT與埋入式電晶體的位元線都是采用金屬線，位元線的串聯(lián)電阻能被最小化;總而言之，垂直SGT與凹型電晶體的性能與特征是幾乎相同的。

不過垂直SGT與凹型電晶體比起來簡單得多，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、字元線（word line）光罩，以及埋入式位元線光罩。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)，還有元件的功能性與可靠度都已成功驗證。

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