У производителей памяти не вышло создать 3D DRAM по аналогии с 3D NAND, но скоро это изменится

Отрасль компонентов памяти отличается консервативным подходом: революционным изменениям производители предпочитают постепенные улучшения. Но к концу десятилетия миру может быть представлена монолитная 3D DRAM, правда, пока нет ясности, какую форму примет это решение, и когда такая память будет готова к массовому производству.

Источник изображения: samsung.com

В области флеш-памяти производителям удалось добиться значительных успехов — ёмкость компонентов повышается за счёт монолитной 3D-архитектуры. Но в области DRAM использовать это решение не получается, потому что существует потребность в достаточно крупных элементах для хранения заряда — как правило, это конденсаторы. Самый простой подход к увеличению объёма данных на однослойном чипе DRAM — уменьшение размера ячейки. Из-за вертикальных конденсаторов слои DRAM оказываются слишком толстыми, что затрудняет их размещение друг на друге. Чтобы решить эту проблему, одни производители пытаются размещать конденсаторы горизонтально, другие — вообще их исключить.

3D DRAM может иметь различные реализации. Одна из них уже используется в производстве — это память с высокой пропускной способностью (HBM), но в данном случае речь идёт о многослойном кристалле, а не монолитном, как в случае 3D NAND. Появление монолитного чипа 3D DRAM придаст импульс развитию направления HBM и окажет влияние на всю отрасль. Оптимизировать ячейки DRAM можно, уменьшив размеры элементов с помощью передовых методов литографии, например, создавать заготовки в два или четыре прохода. Samsung разрабатывает новую архитектуру ячеек 4F2, более компактную, чем актуальная 6F2, но для её создания потребуются новые материалы, в том числе сегнетоэлектрики.

Ещё одним перспективным направлением представляется укладка конденсатора на бок, что поможет снизить толщину слоёв, чтобы располагать эти слои вертикально. Производитель оборудования для выпуска чипов Lam Research предложил несколько способов достичь этой цели: перевернуть ячейку, сдвинуть линию битов и применять транзисторы с окружающим затвором (GAA). Рассматриваются конструкции DRAM вообще без конденсаторов; предлагается технология Floating Body DRAM (FB-DRAM) по аналогии флеш-памяти с плавающим затвором. Компания Neo Semiconductor предложила коммерческую технологию на основе ячейки Floating Body с двойным затвором. Моделирование показало, что «этот механизм способен повысить запас чувствительности и сохранение данных», заявил гендиректор компании Энди Сю (Andy Hsu). Таким образом, появление монолитной 3D DRAM действительно может быть не за горами, но производителям потребуются ещё несколько лет, прежде чем на поддержку одного из решений будут выделены средства.