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3D DRAM可延长DRAM存储器的使用寿命
来源：宇芯有限公司 日期：2018-01-11 15:58:37
3D Super-DRAM是什么?
为了要延长DRAM内存的使用寿命在近期内必须要采用3D DRAM解决方案。那么什么是3D超级DRAM (Super-DRAM)呢？为什么需要这种技术？
平面DRAM是内存单元数组与内存逻辑电路分占两侧3D Super-DRAM则是将内存单元数组堆栈在内存逻辑电路的上方所以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说明3D Super-DRAM的成本可以低于平面DRAM。
3D Super-DRAM重复使用了运用于平面DRAM的经证实生产流程与组件架构，当我们比较平面与3D两种DRAM储存电容以及内存逻辑电路应该会是一样的，它们之间的唯一差别是单元晶体管。平面DRAM正常情况下会采用凹型晶体管(recessed transistor)3D Super-DRAM则是利用垂直的环绕闸极晶体管(Surrounding Gate TransistorSGT)
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组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?
平面DRAM的储存电容恐怕无法变化或是修改，但是如果使用内存单元3D堆栈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。
众所周知绝缘上覆硅(SOI)架构在高温下的接面漏电流只有十分之一，而垂直SGT的一个缺点是没有逆向偏压(back-bias)特性可以利用。整体看来垂直SGT与凹型晶体管都能有效将漏电流最小化。
接着是位线寄生效应(parasiTIcs)的比较。平面DRAM的埋入式位线能减少储存电容与位线之间的寄生电容，垂直SGT在最小化寄生电容方面也非常有效因为位线是在垂直SGT的底部。而因为垂直SGT与埋入式晶体管的位线都是采用金属线位线的串联电阻能被最小化，总而言之垂直SGT与凹型晶体管的性能与特征是几乎相同的。
不过垂直SGT与凹型晶体管比起来简单得多前者只需要两层光罩节省了3~4层光罩步骤，举例来说不用源极与汲极光照也不需要凹型闸极光罩、字符线(word line)光罩以及埋入式位线光罩。如果你有3D Super-DRAM制造成本高昂的印象这是不正确的，3D Super-DRAM的制程与结构还有组件的功能性与可靠度都已成功验证。
下图是3D Super-DRAM与平面DRAM相较的各种优点摘要：
为了要延长DRAM内存的使用寿命在近期内必须要采用3D DRAM解决方案。那么什么是3D超级DRAM (Super-DRAM)呢？为什么需要这种技术？
平面DRAM是内存单元数组与内存逻辑电路分占两侧3D Super-DRAM则是将内存单元数组堆栈在内存逻辑电路的上方所以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说明3D Super-DRAM的成本可以低于平面DRAM。
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组件架构，当我们比较平面与3D两种DRAM储存电容以及内存逻辑电路应该会是一样的，它们之间的唯一差别是单元晶体管。平面DRAM正常情况下会采用凹型晶体管(recessed transistor)3D Super-DRAM则是利用垂直的环绕闸极晶体管(Surrounding Gate TransistorSGT)
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组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?
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，但是如果使用内存单元3D堆栈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。
垂直SGT与凹型晶体管有什么不同?两者都有利于源极(source)与汲极(drain)间距离的微缩因此将泄漏电流最小化，但垂直SGT能从各种方向控制闸极因此与凹型晶体管相较在次临限漏电流(subthreshold)特性的表现上更好。
垂直SGT与凹型晶体管特性比较
众所周知绝缘上覆硅(SOI)架构在高温下的接面漏电流只有十分之一，而垂直SGT的一个缺点是没有逆向偏压(back-bias)特性可以利用。整体看来垂直SGT与凹型晶体管都能有效将漏电流最小化。
接着是位线寄生效应(parasiTIcs)的比较。平面DRAM的埋入式位线能减少储存电容与位线之间的寄生电容，垂直SGT在最小化寄生电容方面也非常有效因为位线是在垂直SGT的底部。而因为垂直SGT与埋入式晶体管的位线都是采用金属线位线的串联电阻能被最小化，总而言之垂直SGT与凹型晶体管的性能与特征是几乎相同的。
垂直SGT与凹型晶体管的寄生电容比较
不过垂直SGT与凹型晶体管比起来简单得多前者只需要两层光罩节省了3~4层光罩步骤，举例来说不用源极与汲极光照也不需要凹型闸极光罩、字符线(word line)光罩以及埋入式位线光罩。如果你有3D Super-DRAM制造成本高昂的印象这是不正确的，3D Super-DRAM的制程与结构还有组件的功能性与可靠度都已成功验证。
垂直SGT需要的光罩层数较少
下图是3D Super-DRAM与平面DRAM相较的各种优点摘要：
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