3D DRAM是一種具有新結構的存儲(chu) 芯片，打破了當前陳舊的範式。現有的 DRAM 產(chan) 品開發側(ce) 重於(yu) 通過減小電路線寬來提高集成度，但隨著線寬進入 10 納米範圍，電容器電流泄漏和幹擾等物理限製顯著增加。為(wei) 了防止這種情況，引入了高介電常數（高K）沉積材料和極紫外（EUV）設備等新材料和設備。但半導體(ti) 行業(ye) 認為(wei) ，微型化製造10納米或更先進的芯片將對芯片製造商造成巨大挑戰。

一家加利福尼亞(ya) 公司NEO推出了一種解決(jue) 方案，可以用於(yu) 通過 3D 堆疊技術提高 DRAM 芯片密度。據稱新的存儲(chu) 芯片將大大提高 DRAM 容量，同時仍需要低成本、低維護的製造工作。NEO表示，3D X-DRAM 是世界上第一個(ge) 用於(yu) DRAM 內(nei) 存的類 3D NAND 技術，該解決(jue) 方案旨在解決(jue) DRAM 的容量瓶頸，同時取代“整個(ge) 2D DRAM 市場”。該公司表示其解決(jue) 方案優(you) 於(yu) 競爭(zheng) 產(chan) 品，因為(wei) 它比當今市場上的其他選擇更方便。  

NEO解釋說，3D X-DRAM 采用基於(yu) 無電容器浮體(ti) 單元技術的類 3D NAND DRAM 單元陣列結構。3D X-DRAM 芯片可以用目前用於(yu) 3D NAND 芯片的相同方法製造，因為(wei) 它們(men) 隻需要一個(ge) 掩模來定義(yi) 位線孔並在孔內(nei) 形成單元結構。  

這種單元結構簡化了工藝步驟，為(wei) 3D係統內(nei) 存製造提供了“高速、高密度、低成本、高良率的解決(jue) 方案”。NEO估計其新的 3D X-DRAM 技術可以實現 128 Gb 的密度和 230 層，比現在的 DRAM 密度高 8 倍。   

NEO表示，全行業(ye) 正在努力將 3D 堆疊解決(jue) 方案引入 DRAM 市場。借助 3D X-DRAM，芯片製造商可以利用當前“成熟”的 3D NAND 工藝，而無需存儲(chu) 行業(ye) 內(nei) 的學術論文和研究人員提出的更奇特的工藝。  

NEO創始人兼首席執行官、擁有 120 多項美國專(zhuan) 利的Andy Hsu 表示，3D X-DRAM 顯然是新興(xing) 3D DRAM 市場中的領先解決(jue) 方案。這是一種非常簡單且成本低廉的製造和擴展解決(jue) 方案，它可能會(hui) 蓬勃發展，尤其是在對高密度 DIMM 模塊有著迫切需求的服務器市場。  

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

大廠3D DRAM的動作

存儲(chu) 巨頭在3D DRAM產(chan) 品研發方麵仍處於(yu) 早期階段。  

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

2021年，韓國半導體(ti) 廠商正式開始談3D DRAM的開發。恰逢三星電子於(yu) 2021 年在其 DS 部門內(nei) 建立了下一代工藝開發團隊開始研究。  

“3D DRAM 被認為(wei) 是半導體(ti) 行業(ye) 未來的增長動力，”三星電子半導體(ti) 研究中心副總裁兼工藝開發辦公室負責人 Lee Jong-myung 在 3 月 10 日於(yu) 首爾 COEX 舉(ju) 行的 IEEE EDTM 2023 上表示負責SK海力士未來技術研究所的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(guan) 3D DRAM電氣特性的細節將被披露，確定他們(men) 的發展方向。”  

三星電子和SK海力士今年量產(chan) 的尖端DRAM線寬為(wei) 12納米。考慮到目前DRAM線寬微縮一納米的現狀，新結構DRAM的商品化將成為(wei) 一種必然，而不是一種選擇，三四年後。  

三星電子和SK海力士可能會(hui) 加速3D DRAM技術的商業(ye) 化。  

與(yu) 現有的DRAM市場不同，3D DRAM市場並沒有絕對的領導者，因此快速量產(chan) 技術開發至關(guan) 重要。還需要及時應對由於(yu) ChatGPT 等人工智能的激活而導致的對高性能和大容量存儲(chu) 器半導體(ti) 的需求增加。  

3D DRAM 領域的技術競爭(zheng) 也在升溫。據半導體(ti) 技術分析公司 TechInsights 稱，在內(nei) 存半導體(ti) 市場排名第三的美光正積極準備藍海市場，到 2022 年 8 月獲得 30 多項 3D DRAM 專(zhuan) 利技術。相比不到 15 項 DRAM三星電子持有的專(zhuan) 利和 SK 海力士持有的大約 10 項專(zhuan) 利，美光獲得的 3D DRAM 相關(guan) 專(zhuan) 利是這兩(liang) 家韓國芯片製造商的兩(liang) 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(wei) NAND產(chan) 業(ye) 帶來了革命性的改變，10年過去，176層的3D NAND已經開始生產(chan) ，230層產(chan) 品即將推出，300層的產(chan) 品正在開發。然而，DRAM 在平麵時代停滯不前。  

三星今年發表了一篇名為(wei) “通過第三維進行 DRAM 縮放的持續演進——垂直堆疊 DRAM”的論文，論文中指出：“在過去的幾十年裏，通過縮小每單位麵積的存取晶體(ti) 管和電容器，DRAM 的密度得到了顯著提高。然而，遠遠超出 10 nm 工藝節點的縮小設備越來越多地帶來工藝和可靠性挑戰。隨著閃存技術通過3D NAND取得了關(guan) 鍵性的成功創新，DRAM技術也可能采用垂直堆疊存儲(chu) 單元。垂直堆疊 DRAM (VS-DRAM) 通過增加層數以及減小晶體(ti) 管的尺寸來繼續提高芯片上的位密度。”

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