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三星新設(shè)內(nèi)存研發(fā)機(jī)構(gòu):建立下一代3D DRAM技術(shù)優(yōu)勢(shì)

作者:陳玲麗 時(shí)間:2024-01-30 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

稱其已經(jīng)在美國(guó)硅谷開(kāi)設(shè)了一個(gè)新的研發(fā)(R&D)機(jī)構(gòu),專注于下一代3D 的開(kāi)發(fā)。該機(jī)構(gòu)將在設(shè)備解決方案部門(mén)美國(guó)分部(DSA)的硅谷總部之下運(yùn)營(yíng),由設(shè)備解決方案部門(mén)首席技術(shù)官、半導(dǎo)體研發(fā)機(jī)構(gòu)的主管Song Jae-hyeok領(lǐng)導(dǎo)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202401/455224.htm

全球最大的制造商

自1993年市場(chǎng)份額超過(guò)東芝以來(lái),在隨后的30年里,一直是全球最大的制造商,市場(chǎng)份額要明顯高于其他廠商,但仍需要不斷開(kāi)發(fā)新的技術(shù)、新的產(chǎn)品,以保持他們?cè)谶@一領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

三星去年9月推出了業(yè)界首款且容量最高的32 Gb DDR5 DRAM,采用12nm級(jí)工藝打造,可生產(chǎn)出1TB的產(chǎn)品,鞏固了三星在DRAM技術(shù)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。

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Gb即兆位(G bit),是DRAM密度單位,與GB(G Byte)不同。一根條有多枚DRAM,這些DRAM顆粒組合起來(lái)就是Rank(內(nèi)存區(qū)塊),大家常見(jiàn)的邏輯容量主要包括8GB、16GB、32GB這些,但也有128GB的服務(wù)器級(jí)內(nèi)存,其中就使用了不等數(shù)量的DRAM芯片。

基于2013年全球首款3D垂直結(jié)構(gòu)NAND(3D V-NAND)商業(yè)化的成功經(jīng)驗(yàn),三星也計(jì)劃將3D結(jié)構(gòu)用于DRAM。

在去年10月舉行的「內(nèi)存技術(shù)日」活動(dòng)上,三星宣布計(jì)劃在下一代10nm或更低的DRAM中引入新的3D結(jié)構(gòu),而不是現(xiàn)有的2D平面結(jié)構(gòu) —— 該計(jì)劃旨在克服3D垂直結(jié)構(gòu)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(huì)」上發(fā)表了一篇包含3D DRAM研究成果的論文,并展示了作為實(shí)際半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)的3D DRAM的詳細(xì)圖像。

分析師預(yù)計(jì),3D DRAM市場(chǎng)將在未來(lái)幾年快速增長(zhǎng),到2028年將達(dá)到1000億美元。三星和其他主要內(nèi)存芯片制造商正在激烈競(jìng)爭(zhēng),以引領(lǐng)這一快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。

3D DRAM將是主要發(fā)展方向

目前,DRAM是具有單元密集排列在單個(gè)平面上的2D結(jié)構(gòu),芯片制造商通過(guò)縮小單元尺寸或間距來(lái)提高DRAM的性能。但隨著線寬進(jìn)入10nm范圍后,即使是通過(guò)光刻EUV工藝也不足以為整個(gè)未來(lái)十年提供所需的位密度改進(jìn),新結(jié)構(gòu)的DRAM商業(yè)化發(fā)展將成為必然,從現(xiàn)在起到未來(lái)的三到四年內(nèi),這將成為制造商們發(fā)展的主要方向,而不是一種選擇。因此,3D DRAM已經(jīng)被主要設(shè)備供應(yīng)商和領(lǐng)先的DRAM制造商考慮作為長(zhǎng)期擴(kuò)展的潛在解決方案。

3D DRAM是將存儲(chǔ)單元(Cell)堆疊至邏輯單元上方以實(shí)現(xiàn)在單位晶圓面積上產(chǎn)出上更多的產(chǎn)量,從這方面來(lái)說(shuō),3D DRAM可以有效解決平面DRAM最重要也最艱難的挑戰(zhàn),那就是儲(chǔ)存電容的高深寬比。

儲(chǔ)存電容的深寬比通常會(huì)隨著組件工藝微縮而呈倍數(shù)增加,也就是說(shuō)平面DRAM的工藝微縮會(huì)越來(lái)越困難。3D DRAM可以提高存儲(chǔ)密度和性能,同時(shí)克服傳統(tǒng)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(wěn)定性。

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

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DRAM市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)一直很激烈。三大DRAM制造商分別是三星、SK海力士和,它們?cè)谑袌?chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。然而,與現(xiàn)有的DRAM市場(chǎng)不同,3D DRAM市場(chǎng)目前還沒(méi)有絕對(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者,因此快速的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展是最重要的。此外,還必須及時(shí)應(yīng)對(duì)因ChatGPT等人工智能(AI)市場(chǎng)需求增長(zhǎng)而導(dǎo)致的對(duì)高性能和高容量存儲(chǔ)半導(dǎo)體需求的增加。

HBM(High Bandwidth Memory,高帶寬存儲(chǔ)器)技術(shù)可以說(shuō)是DRAM從傳統(tǒng)2D向立體3D發(fā)展的主要代表產(chǎn)品,開(kāi)啟了DRAM 3D化道路。它主要是通過(guò)硅通孔(Through Silicon Via,簡(jiǎn)稱“TSV”)技術(shù)進(jìn)行芯片堆疊,以增加吞吐量并克服單一封裝內(nèi)帶寬的限制,將數(shù)個(gè)DRAM裸片垂直堆疊,裸片之間用TVS技術(shù)連接。從技術(shù)角度看,HBM充分利用空間、縮小面積,正契合半導(dǎo)體行業(yè)小型化、集成化的發(fā)展趨勢(shì),并且突破了內(nèi)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(chǔ)器行業(yè)正在通過(guò)增加同一區(qū)域的集成度來(lái)大力開(kāi)發(fā)具有卓越性能的3D DRAM。據(jù)報(bào)道,三星已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)一種躺著堆疊單元的技術(shù):這是與HBM不同的概念,后者是通過(guò)將多個(gè)模具堆疊在一起產(chǎn)生的。

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

據(jù)了解,和SK海力士也在考慮開(kāi)發(fā)3D DRAM。提交了一份與三星不同的3D DRAM的專利申請(qǐng),是在不鋪設(shè)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(dǎo)體設(shè)備制造商也開(kāi)始開(kāi)發(fā)與3D DRAM有關(guān)的解決方案。

然而,由于開(kāi)發(fā)新材料的困難和物理限制,3D DRAM的商業(yè)化還需要一些時(shí)間。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè),3D DRAM將在2025年左右問(wèn)世。



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