繼續(xù)承受著很大的價(jià)格壓力,而需求放緩和最近完工車間的產(chǎn)能過剩使問題更加惡化,這也曾導(dǎo)致DRAM成本超過售價(jià)。在Young Choi最近發(fā)表的“DRAM架構(gòu):8F2與6F2的比較” (《電子工程專輯》在2008年5月16-31日期刊登了題為《揭密DRAM架構(gòu) — 8F2 vs. 6F2》的文章) 一文中詳細(xì)討論了8F2折疊位線和6F2開放位線架構(gòu)的效率。文章指出,6F2單元優(yōu)勢的25%將轉(zhuǎn)換成約13%的芯片面積減少,最重要的是,12英寸晶圓的總切割面積可以增加15%。因此,似乎有足夠理由驅(qū)使領(lǐng)先的DRAM制造商采用6F2架構(gòu)來保持其競爭力。
圖1:采用微型探針測量現(xiàn)代66nm 128MB SDRAM的SEM圖。用于探測的可用接觸面積比人的發(fā)絲直徑還小1000倍。
然而,現(xiàn)代(Hynix)這家DRAM制造商則堅(jiān)持成為這一趨勢的例外,因?yàn)槠渥罱l(fā)布了8F2架構(gòu)的66nm SDRAM設(shè)計(jì)HY5PS1G831CFP-Y5。該器件將與三星更高效的6F2單元設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行競爭。現(xiàn)代公司的最新產(chǎn)品(也是市場上最先進(jìn)的DRAM器件之一)將利于其保持其市場地位。
三星的128MB DDR2 SDRAM采用稍大一些的68nm CMOS工藝技術(shù)制造,盡管采用的是開放位線6F2架構(gòu),但裸片尺寸與前者非常接近。現(xiàn)代的66nm 128B DRAM(配置為128Mb?8)采用的設(shè)計(jì)令人印象非常深刻,其裸片面積只大4%。
三星的128MB SDRAM結(jié)構(gòu)是16Mbit×8個(gè)IO×8個(gè)存儲(chǔ)塊,工作在單電壓VDDQ,可實(shí)現(xiàn)雙倍數(shù)據(jù)速率傳送,最高速率可達(dá)800Mbps/pin(DDR2-800)。現(xiàn)代的128MB SDRAM結(jié)構(gòu)是128Mbit?8個(gè)存儲(chǔ)塊,同樣工作在電壓。
Semiconductor Insights公司對(duì)三星和現(xiàn)代的這兩款器件所用工藝技術(shù)作了詳細(xì)分析,并發(fā)現(xiàn)兩者的通用工藝架構(gòu)非常類似。兩種器件采用的S-RCAT(球狀凹溝道陣列晶體管)單元晶體管結(jié)構(gòu)有一些區(qū)別,但兩種器件都使用MIM存儲(chǔ)單元。由于工藝構(gòu)造非常相似,而單元架構(gòu)又迥然不同,因此需要用其它的評(píng)估方法來衡量這兩種產(chǎn)品的相似性和差異。
圖2:微型探針裝置:DRAM單元晶體管的特性測量。
單元晶體管特性
與具有相似柵極長度的傳統(tǒng)平面陣列晶體管相比,三星和現(xiàn)代的DRAM器件使用的S-RCAT結(jié)構(gòu)具有更好的電氣特性,如漏極到源極的擊穿電壓(BVDS)、結(jié)點(diǎn)漏電流和單元接觸電阻等。因此S-RCAT可以有效地增加溝道長度而不增加占用面積,從而減少待機(jī)時(shí)的功耗。
DRAM器件使用S-RCAT的最顯著效果是數(shù)據(jù)保持時(shí)間的改進(jìn)。通過簡單地增加凹溝道深度和保持相同的基底滲雜度,該技術(shù)可以非常方便地?cái)U(kuò)展到亞60nm節(jié)點(diǎn)。正因?yàn)榇?三星和現(xiàn)代這兩款DRAM器件是Semiconductor Insights公司迄今分析的市場上最先進(jìn)的器件。
圖3:三星68nm(6F2)和現(xiàn)代66nm(8F2)128MB DRAM設(shè)計(jì)的比較。
為了定量地理解這些器件是如何搭建的,特別是器件適應(yīng)各種極端工作溫度的情況,Semiconductor Insights公司開發(fā)出一種專門的工藝。為了測量這種器件的單元晶體管特性(TC),這種工藝先從裸片上剝離晶體管,然后對(duì)它們進(jìn)行分層以便暴露出探針接觸點(diǎn)。
在典型的邏輯器件上或存儲(chǔ)器件的外圍中測量TC需要專門的微型探針和樣品制備技術(shù),這種公認(rèn)的測量方法已有效執(zhí)行了許多年。微型探針要與連接晶體管源極、漏極和柵極的金屬塞子充分接觸。
在測量DRAM單元晶體管時(shí),微型探針接觸的是多晶硅塞子,而不是金屬。這使得晶體管特性的測量極具挑戰(zhàn)性,并且每次測量的結(jié)果很難重復(fù),因?yàn)樘结樈佑|電阻每次都不一樣(部分原因是塞子上固有的氧化物)。只有極少數(shù)的技術(shù)服務(wù)提供商成功地在DRAM單元晶體管上實(shí)現(xiàn)了有意義的測量,特別是在多種溫度環(huán)境下。
鑒于這些器件有很大的相似性,單元晶體管特性方面的電氣性能最吸引人們的興趣。Semiconductor Insights公司最近在室溫以及高對(duì)比溫度(-20℃和80℃)條件下對(duì)這兩款DRAM做的分析結(jié)果相當(dāng)有趣。
現(xiàn)代器件的線性門限電壓Vt-lin約高15%,即使它的S-RCAT電介質(zhì)要比三星器件薄7%左右。門限電壓差異在所測溫度范圍內(nèi)是比較一致的,因此這種差異可能是由于晶體管架構(gòu)中的滲雜濃度差異引起的。
這次分析還對(duì)與溫度有關(guān)的漏電流Ioff做了評(píng)估。兩款器件的漏電流大致相當(dāng):低溫時(shí)的漏電流差異不是十分顯著。
不論是從結(jié)構(gòu)還是從性能的角度看,三星和現(xiàn)代的DRAM器件都非常相似。三星通過采用6F2開放位線架構(gòu)來縮小管芯尺寸。而現(xiàn)代則保持了8F2折疊位線的設(shè)計(jì),并選擇版圖優(yōu)化的方法,使管芯尺寸只有僅僅2,只比三星的67平方毫米稍大一些。
我們將密切關(guān)注三星和現(xiàn)代的技術(shù)演進(jìn),并了解現(xiàn)代是否能再次成功地縮小8F2架構(gòu)。
作者:John Boyd
公司工藝技術(shù)分析師
Semiconductor Insights公司
Email:johnb@
