三星新設內存研發機構：建立下一代3D DRAM技術優勢

三星稱其已經在美國硅谷開設了一個新的內存研發（R&D）機構，專注于下一代3D DRAM芯片的開發。該機構將在設備解決方案部門美國分部（DSA）的硅谷總部之下運營，由三星設備解決方案部門首席技術官、半導體研發機構的主管Song Jae-hyeok領導。

全球最大的DRAM制造商

自1993年市場份額超過東芝以來，三星在隨后的30年里，一直是全球最大的DRAM制造商，市場份額要明顯高于其他廠商，但仍需要不斷開發新的技術、新的產品，以保持他們在這一領域的優勢。

三星去年9月推出了業界首款且容量最高的32 Gb DDR5 DRAM芯片，采用12nm級工藝打造，可生產出1TB的內存產品，鞏固了三星在DRAM技術方面的領導地位。

Gb即兆位（G bit），是DRAM密度單位，與GB（G Byte）不同。一根內存條有多枚DRAM芯片，這些DRAM顆粒組合起來就是Rank（內存區塊），大家常見的邏輯容量主要包括8GB、16GB、32GB這些，但也有128GB的服務器級內存，其中就使用了不等數量的DRAM芯片。

基于2013年全球首款3D垂直結構NAND（3D V-NAND）商業化的成功經驗，三星也計劃將3D結構用于DRAM。

在去年10月舉行的「內存技術日」活動上，三星宣布計劃在下一代10nm或更低的DRAM中引入新的3D結構，而不是現有的2D平面結構 —— 該計劃旨在克服3D垂直結構縮小芯片面積的限制并提高性能，能將一顆芯片的容量增加100G以上。另外，三星去年在日本舉行的「VLSI研討會」上發表了一篇包含3D DRAM研究成果的論文，并展示了作為實際半導體實現的3D DRAM的詳細圖像。

分析師預計，3D DRAM市場將在未來幾年快速增長，到2028年將達到1000億美元。三星和其他主要內存芯片制造商正在激烈競爭，以引領這一快速增長的市場。

3D DRAM將是主要發展方向

目前，DRAM是具有單元密集排列在單個平面上的2D結構，芯片制造商通過縮小單元尺寸或間距來提高DRAM的性能。但隨著線寬進入10nm范圍后，即使是通過光刻EUV工藝也不足以為整個未來十年提供所需的位密度改進，新結構的DRAM商業化發展將成為必然，從現在起到未來的三到四年內，這將成為制造商們發展的主要方向，而不是一種選擇。因此，3D DRAM已經被主要設備供應商和領先的DRAM制造商考慮作為長期擴展的潛在解決方案。

3D DRAM是將存儲單元（Cell）堆疊至邏輯單元上方以實現在單位晶圓面積上產出上更多的產量，從這方面來說，3D DRAM可以有效解決平面DRAM最重要也最艱難的挑戰，那就是儲存電容的高深寬比。

儲存電容的深寬比通常會隨著組件工藝微縮而呈倍數增加，也就是說平面DRAM的工藝微縮會越來越困難。3D DRAM可以提高存儲密度和性能，同時克服傳統DRAM在電路線寬縮小后面臨的電容器漏電和干擾等物理限制；還可以減少功耗和成本，提高可靠性和穩定性。

當前在存儲器市場，能和DRAM“分庭抗禮”的NAND Flash早在2015年就已步入3D堆疊，并開始朝著100+層堆疊過渡，然而DRAM市場卻仍處于探索階段，為了使3D DRAM能夠早日普及并量產，各大廠商和研究院所也在努力尋找突破技術。

DRAM市場競爭一直很激烈。三大DRAM制造商分別是三星、SK海力士和美光，它們在市場上占據主導地位。然而，與現有的DRAM市場不同，3D DRAM市場目前還沒有絕對的領導者，因此快速的大規模生產技術發展是最重要的。此外，還必須及時應對因ChatGPT等人工智能（AI）市場需求增長而導致的對高性能和高容量存儲半導體需求的增加。

HBM（High Bandwidth Memory，高帶寬存儲器）技術可以說是DRAM從傳統2D向立體3D發展的主要代表產品，開啟了DRAM 3D化道路。它主要是通過硅通孔（Through Silicon Via，簡稱“TSV”）技術進行芯片堆疊，以增加吞吐量并克服單一封裝內帶寬的限制，將數個DRAM裸片垂直堆疊，裸片之間用TVS技術連接。從技術角度看，HBM充分利用空間、縮小面積，正契合半導體行業小型化、集成化的發展趨勢，并且突破了內存容量與帶寬瓶頸，被視為新一代DRAM解決方案。

三星的3D DRAM方案

存儲器行業正在通過增加同一區域的集成度來大力開發具有卓越性能的3D DRAM。據報道，三星已經開始開發一種躺著堆疊單元的技術：這是與HBM不同的概念，后者是通過將多個模具堆疊在一起產生的。

此外，三星還在考慮增加DRAM晶體管的柵極（電流門）和通道（電流路徑）之間的接觸面，當柵極和通道之間的接觸面增加時，晶體管可以更精確地控制電流的流動。這意味著三面接觸的FinFet技術和四面接觸的Gate-all-around（GAA）技術可以用于DRAM生產。

據了解，美光和SK海力士也在考慮開發3D DRAM。美光提交了一份與三星不同的3D DRAM的專利申請，是在不鋪設單元的情況下改變晶體管和電容器的形狀。Applied Materials和Lam Research等全球半導體設備制造商也開始開發與3D DRAM有關的解決方案。

然而，由于開發新材料的困難和物理限制，3D DRAM的商業化還需要一些時間。業內人士預測，3D DRAM將在2025年左右問世。