3D DRAM技術(shù)是DRAM的的未來(lái)嗎？

5月25日，有消息傳出，華為將在VLSI Symposium 2022期間發(fā)表其與中科院微電子研究所合作開(kāi)發(fā)的 3D DRAM 技術(shù)。隨著“摩爾定律”走向極限，DRAM芯片工藝提升將愈發(fā)困難。3D DRAM就成了各大存儲(chǔ)廠商突破DRAM工藝極限的新方案。

DRAM工藝的極限

目前，DRAM芯片最先進(jìn)的工藝是10nm。據(jù)公開(kāi)資料顯示，三星早已在2020年完成了10nm制程DRAM的出貨；美光和SK海力士也在2021年完成了10nm DRAM產(chǎn)品的量產(chǎn)。

那么，10nm是DRAM工藝的極限嗎？

在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先來(lái)看看DRAM工藝的發(fā)展歷程。如圖1所示，DRAM的工藝不是直接從20nm一下到10nm。而是在20nm之后，又細(xì)分成了1Xnm（16nm-19nm）、1Ynm（14nm-16nm）、1Znm（12nm-14nm）、1anm（10-12nm）?？梢钥闯?，在20nm之后，DRAM工藝的提升的確越來(lái)越難，縮小2nm，就意味著前進(jìn)了一大步。

圖1 內(nèi)存廠商路線圖（來(lái)源：前瞻研究院）

DRAM工藝提升困難的原因，主要在于它的結(jié)構(gòu)。DRAM是基于一個(gè)晶體管和一個(gè)電容器的存儲(chǔ)單元。DRAM擴(kuò)展就是在一個(gè)平面上，將每個(gè)存儲(chǔ)單元像拼圖一樣拼接起來(lái)。要想提升DRAM工藝，電容器的縮放是一個(gè)挑戰(zhàn)。另一個(gè)挑戰(zhàn)是電容到數(shù)字線的電荷共享，要考慮用多少時(shí)間將電荷轉(zhuǎn)移到數(shù)字線上、數(shù)字線有多長(zhǎng)。

圖2 單個(gè)存儲(chǔ)單元和陣列

或許10nm并不是DRAM的極限，但是DRAM工藝提升的腳步正在放緩。人們迫切需要一個(gè)新方案，來(lái)繼續(xù)提升DRAM的性能。

在一個(gè)平面內(nèi)塞入更多存儲(chǔ)單元很困難，那么將多個(gè)平面疊起來(lái)行不行？這就是3D DRAM，一種將存儲(chǔ)單元堆疊至邏輯單元上方的新型存儲(chǔ)方式，可以實(shí)現(xiàn)單位面積上更高的容量。

有哪些廠商在布局3D DRAM？

3D DRAM作為目前最被看好的下一代DRAM方案，有不少內(nèi)存廠商已在布局。其中就有被大家熟知的內(nèi)存巨頭——三星、美光。據(jù)BusinessKorea報(bào)道，三星今年已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)一種層疊單元的技術(shù)。與高帶寬內(nèi)存（HBM）不同的概念，是通過(guò)將多個(gè)模具堆疊在一起產(chǎn)生的。與此同時(shí)，美光也提交了一份3D DRAM的專(zhuān)利申請(qǐng)。與三星不同，美光的方法是在不鋪設(shè)單元的情況下改變晶體管和電容器的形狀。

而這次爆出的華為3D DRAM技術(shù)，據(jù)透露，是基于銦鎵鋅氧 IGZO-FET材料的 CAA 構(gòu)型晶體管 3D DRAM 技術(shù)，具有出色的溫度穩(wěn)定性和可靠性。