3D DRAM技術(shù)是DRAM的的未來嗎？

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芯片最先進的工藝是10nm。據(jù)公開資料顯示，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？

在回答這個問題之前，我們先來看看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，又細分成了1Xnm（16nm-19nm）、1Ynm（14nm-16nm）、1Znm（12nm-14nm）、1anm（10-12nm）。可以看出，在20nm之后，DRAM工藝的提升的確越來越難，縮小2nm，就意味著前進了一大步。

圖1 內(nèi)存廠商路線圖（來源：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是基于一個晶體管和一個電容器的存儲單元。DRAM擴展就是在一個平面上，將每個存儲單元像拼圖一樣拼接起來。要想提升DRAM工藝，電容器的縮放是一個挑戰(zhàn)。另一個挑戰(zhàn)是電容到數(shù)字線的電荷共享，要考慮用多少時間將電荷轉(zhuǎn)移到數(shù)字線上、數(shù)字線有多長。

圖2 單個存儲單元和陣列（來源：網(wǎng)絡(luò)）

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

在一個平面內(nèi)塞入更多存儲單元很困難，那么將多個平面疊起來行不行？這就是3D DRAM，一種將存儲單元堆疊至邏輯單元上方的新型存儲方式，可以實現(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報道，三星今年已經(jīng)開始開發(fā)一種層疊單元的技術(shù)。與高帶寬內(nèi)存（HBM）不同的概念，是通過將多個模具堆疊在一起產(chǎn)生的。與此同時，美光也提交了一份3D DRAM的專利申請。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。