3D DRAM技术是DRAM的的未来吗？

5月25日，有消息传出，华为将在VLSI Symposium 2022期间发表其与中科院微电子研究所合作开发的 3D DRAM 技术。随着“摩尔定律”走向极限，DRAM芯片工艺提升将愈发困难。3D DRAM就成了各大存储厂商突破DRAM工艺极限的新方案。

DRAM工艺的极限

目前，DRAM芯片最先进的工艺是10nm。据公开资料显示，三星早已在2020年完成了10nm制程DRAM的出货；美光和SK海力士也在2021年完成了10nm DRAM产品的量产。

那么，10nm是DRAM工艺的极限吗？

在回答这个问题之前，我们先来看看DRAM工艺的发展历程。如图1所示，DRAM的工艺不是直接从20nm一下到10nm。而是在20nm之后，又细分成了1Xnm（16nm-19nm）、1Ynm（14nm-16nm）、1Znm（12nm-14nm）、1anm（10-12nm）。可以看出，在20nm之后，DRAM工艺的提升的确越来越难，缩小2nm，就意味着前进了一大步。

图1 内存厂商路线图（来源：前瞻研究院）

DRAM工艺提升困难的原因，主要在于它的结构。DRAM是基于一个晶体管和一个电容器的存储单元。DRAM扩展就是在一个平面上，将每个存储单元像拼图一样拼接起来。要想提升DRAM工艺，电容器的缩放是一个挑战。另一个挑战是电容到数字线的电荷共享，要考虑用多少时间将电荷转移到数字线上、数字线有多长。

图2 单个存储单元和阵列（来源：网络）

或许10nm并不是DRAM的极限，但是DRAM工艺提升的脚步正在放缓。人们迫切需要一个新方案，来继续提升DRAM的性能。

在一个平面内塞入更多存储单元很困难，那么将多个平面叠起来行不行？这就是3D DRAM，一种将存储单元堆叠至逻辑单元上方的新型存储方式，可以实现单位面积上更高的容量。

有哪些厂商在布局3D DRAM？

3D DRAM作为目前最被看好的下一代DRAM方案，有不少内存厂商已在布局。其中就有被大家熟知的内存巨头——三星、美光。据BusinessKorea报道，三星今年已经开始开发一种层叠单元的技术。与高带宽内存（HBM）不同的概念，是通过将多个模具堆叠在一起产生的。与此同时，美光也提交了一份3D DRAM的专利申请。与三星不同，美光的方法是在不铺设单元的情况下改变晶体管和电容器的形状。

而这次爆出的华为3D DRAM技术，据透露，是基于铟镓锌氧 IGZO-FET材料的 CAA 构型晶体管 3D DRAM 技术，具有出色的温度稳定性和可靠性。