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3D DRAM是一種具有新結(jié)構(gòu)的存儲芯片，打破了當(dāng)前陳舊的范式。現(xiàn)有的 DRAM 產(chǎn)品開發(fā)側(cè)重于通過減小電路線寬來提高集成度，但隨著線寬進入 10 納米范圍，電容器電流泄漏和干擾等物理限制顯著增加。為了防止這種情況，引入了高介電常數(shù)（高K）沉積材料和極紫外（EUV）設(shè)備等新材料和設(shè)備。但半導(dǎo)體行業(yè)認(rèn)為，微型化制造10納米或更先進的芯片將對芯片制造商造成巨大挑戰(zhàn)。

一家加利福尼亞公司NEO推出了一種解決方案，可以用于通過 3D 堆疊技術(shù)提高 DRAM 芯片密度。據(jù)稱新的存儲芯片將大大提高 DRAM 容量，同時仍需要低成本、低維護的制造工作。NEO表示，3D X-DRAM 是世界上第一個用于 DRAM 內(nèi)存的類 3D NAND 技術(shù)，該解決方案旨在解決 DRAM 的容量瓶頸，同時取代“整個 2D DRAM 市場”。該公司表示其解決方案優(yōu)于競爭產(chǎn)品，因為它比當(dāng)今市場上的其他選擇更方便。  

NEO解釋說，3D X-DRAM 采用基于無電容器浮體單元技術(shù)的類 3D NAND DRAM 單元陣列結(jié)構(gòu)。3D X-DRAM 芯片可以用目前用于 3D NAND 芯片的相同方法制造，因為它們只需要一個掩模來定義位線孔并在孔內(nèi)形成單元結(jié)構(gòu)。  

這種單元結(jié)構(gòu)簡化了工藝步驟，為3D系統(tǒng)內(nèi)存制造提供了“高速、高密度、低成本、高良率的解決方案”。NEO估計其新的 3D X-DRAM 技術(shù)可以實現(xiàn) 128 Gb 的密度和 230 層，比現(xiàn)在的 DRAM 密度高 8 倍。   

NEO表示，全行業(yè)正在努力將 3D 堆疊解決方案引入 DRAM 市場。借助 3D X-DRAM，芯片制造商可以利用當(dāng)前“成熟”的 3D NAND 工藝，而無需存儲行業(yè)內(nèi)的學(xué)術(shù)論文和研究人員提出的更奇特的工藝。  

NEO創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官、擁有 120 多項美國專利的Andy Hsu 表示，3D X-DRAM 顯然是新興 3D DRAM 市場中的領(lǐng)先解決方案。這是一種非常簡單且成本低廉的制造和擴展解決方案，它可能會蓬勃發(fā)展，尤其是在對高密度 DIMM 模塊有著迫切需求的服務(wù)器市場。  

NEO表示，有關(guān)3D X-DRAM的相關(guān)專利申請已于2023年4月6日隨美國專利申請公布一起公布。該公司預(yù)計該技術(shù)將進一步發(fā)展和改進，在 2030 年代中期密度從 128Gb 線性增加到 1Tb。  

大廠3D DRAM的動作

存儲巨頭在3D DRAM產(chǎn)品研發(fā)方面仍處于早期階段。  

美光自2019年就已經(jīng)開始了3D DRAM的研究，三星電子和 SK 海力士也在加速 3D DRAM 的商業(yè)化。  

2021年，韓國半導(dǎo)體廠商正式開始談3D DRAM的開發(fā)。恰逢三星電子于 2021 年在其 DS 部門內(nèi)建立了下一代工藝開發(fā)團隊開始研究。  

“3D DRAM 被認(rèn)為是半導(dǎo)體行業(yè)未來的增長動力，”三星電子半導(dǎo)體研究中心副總裁兼工藝開發(fā)辦公室負(fù)責(zé)人 Lee Jong-myung 在 3 月 10 日于首爾 COEX 舉行的 IEEE EDTM 2023 上表示負(fù)責(zé)SK海力士未來技術(shù)研究所的SK海力士副總裁Cha Seon-yong也在3月8日表示，“到明年左右，有關(guān)3D DRAM電氣特性的細(xì)節(jié)將被披露，確定他們的發(fā)展方向。”  

三星電子和SK海力士今年量產(chǎn)的尖端DRAM線寬為12納米。考慮到目前DRAM線寬微縮一納米的現(xiàn)狀，新結(jié)構(gòu)DRAM的商品化將成為一種必然，而不是一種選擇，三四年后。  

三星電子和SK海力士可能會加速3D DRAM技術(shù)的商業(yè)化。  

與現(xiàn)有的DRAM市場不同，3D DRAM市場并沒有絕對的領(lǐng)導(dǎo)者，因此快速量產(chǎn)技術(shù)開發(fā)至關(guān)重要。還需要及時應(yīng)對由于 ChatGPT 等人工智能的激活而導(dǎo)致的對高性能和大容量存儲器半導(dǎo)體的需求增加。  

3D DRAM 領(lǐng)域的技術(shù)競爭也在升溫。據(jù)半導(dǎo)體技術(shù)分析公司 TechInsights 稱，在內(nèi)存半導(dǎo)體市場排名第三的美光正積極準(zhǔn)備藍(lán)海市場，到 2022 年 8 月獲得 30 多項 3D DRAM 專利技術(shù)。相比不到 15 項 DRAM三星電子持有的專利和 SK 海力士持有的大約 10 項專利，美光獲得的 3D DRAM 相關(guān)專利是這兩家韓國芯片制造商的兩到三倍。三星電子和SK海力士分列全球DRAM市場第一和第二位。   

3D DRAM 可能是革命性的

2013年閃迪推出的3D NAND曾為NAND產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的改變，10年過去，176層的3D NAND已經(jīng)開始生產(chǎn)，230層產(chǎn)品即將推出，300層的產(chǎn)品正在開發(fā)。然而，DRAM 在平面時代停滯不前。  

三星今年發(fā)表了一篇名為“通過第三維進行 DRAM 縮放的持續(xù)演進——垂直堆疊 DRAM”的論文，論文中指出：“在過去的幾十年里，通過縮小每單位面積的存取晶體管和電容器，DRAM 的密度得到了顯著提高。然而，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 10 nm 工藝節(jié)點的縮小設(shè)備越來越多地帶來工藝和可靠性挑戰(zhàn)。隨著閃存技術(shù)通過3D NAND取得了關(guān)鍵性的成功創(chuàng)新，DRAM技術(shù)也可能采用垂直堆疊存儲單元。垂直堆疊 DRAM (VS-DRAM) 通過增加層數(shù)以及減小晶體管的尺寸來繼續(xù)提高芯片上的位密度。”

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