韓國三星電子于2015年12月9日在國際學(xué)會(huì)“IEDM 2015”上就20nm工藝的DRAM開發(fā)發(fā)表了演講(論文26.5)。三星此次試制出了20nm工藝的DRAM，該公司表示其特性非常良好，并表示“采用同樣的方法，可以達(dá)到10nm工藝”。

　　最近，有技術(shù)人員指出DRAM的微細(xì)化極限是20nm。DRAM在單元中的電容器中儲(chǔ)存電荷，對有電荷狀態(tài)分配1、無電荷狀態(tài)分配0，以此記錄信息。但是，隨著微細(xì)化發(fā)展，電容器的表面積越來越小，不能再如愿存儲(chǔ)電荷。因此，業(yè)內(nèi)通過將電容器做成細(xì)長的圓柱狀來確保表面積，也就是確保容量。圓柱的直徑與長度之比——寬高比正日益接近100。通常鉛筆的寬高比為22左右，所以DRAM的電容器比例如同跟4根鉛筆連起來那樣。

　　據(jù)三星介紹，即使這樣做，到2014年，一個(gè)DRAM電容器的容量(Cs)也只有2009年的52%。而實(shí)現(xiàn)較大寬高比的蝕刻技術(shù)也有極限，因此以前的方法已經(jīng)走到盡頭。

　　還有一個(gè)課題。三星曾表示，連接到單元上的位線寄生電容(Cb)隨著微細(xì)化，相對于Cs變大，DRAM電容器的電荷量越來越難以準(zhǔn)確測量。因此，業(yè)內(nèi)認(rèn)為20nm工藝前后將達(dá)到DRAM微細(xì)化的極限。

　　此次，三星通過(1)將DRAM單元的配置由過去的格子狀改成蜂窩狀結(jié)構(gòu)、(2)引進(jìn)減小Cb的“Air Spacer”技術(shù)，大大改善了原來的問題。

　　(1)之所以改成蜂窩結(jié)構(gòu)，是因?yàn)榧词雇瑸樽钚〕叽?，可以將電容器的直徑增大約11%。這樣，在保持寬高比的同時(shí)，可將電容器的長度延長大約11%。假設(shè)介電材料相同，Cs將增加約21%。另外，通過采用圓柱狀技術(shù)“One Cylinder Storage(OCS)”,容量也比原來格子狀排列時(shí)增大1.57倍。OSC是三星已在此前工藝中導(dǎo)入的技術(shù)。

　　(2)Air Spacer是最近經(jīng)常采用的通過在電極及布線周圍設(shè)置空隙來減小寄生電容的技術(shù)。三星表示通過該技術(shù)，與原來布線絕緣采用Si3N4時(shí)相比，可使Cb減小34%。