为了延长DRAM存储器寿命 必须短时间内采用3D DRAM

来源:eettaiwan 作者:Sang-Yun Lee2017年03月17日 09:42
[导读] 为了要延长DRAM这种内存的寿命,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。

3D Super-DRAM是什么?为何需要这种技术?

就算3D NAND的每位成本与平面NAND相比较还不够低,NAND闪存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)随着组件制程微缩而呈倍数增加。

因此,为了要延长DRAM这种内存的寿命,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,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。

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 Transistor,SGT)

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

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