發布日期：2022-07-14 點擊率：35
DRAM市場繼續承受著很大的價格壓力,而需求放緩和最近完工車間的產能過剩使問題更加惡化,這也曾導致DRAM成本超過售價。在Young Choi最近發表的“DRAM架構: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 — 8F2 vs. 6F2》的文章) 一文中詳細討論了8F2折疊位線和6F2開放位線架構的效率。文章指出,6F2單元優勢的25%將轉換成約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,似乎有足夠理由驅使領先的DRAM制造商采用6F2架構來保持其競爭力。
圖1:采用微型探針測量現代66nm 128MB SDRAM的SEM圖。用于探測的可用接觸面積比人的發絲直徑還小1000倍。
然而,現代(Hynix)這家DRAM制造商則堅持成為這一趨勢的例外,因為其最近發布了8F2架構的66nm SDRAM設計HY5PS1G831CFP-Y5。該器件將與三星更高效的6F2單元設計技術進行競爭。現代公司的最新產品(也是市場上最先進的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工藝技術制造,盡管采用的是開放位線6F2架構,但裸片尺寸與前者非常接近。現代的66nm 128B DRAM(配置為128Mb?8)采用的設計令人印象非常深刻,其裸片面積只大4%。
三星的128MB SDRAM結構是16Mbit×8個IO×8個存儲塊,工作在單電壓VDDQ,可實現雙倍數據速率傳送,最高速率可達800Mbps/pin(DDR2-800)。現代的128MB SDRAM結構是128Mbit?8個存儲塊,同樣工作在電壓。
Semiconductor Insights公司對三星和現代的這兩款器件所用工藝技術作了詳細分析,并發現兩者的通用工藝架構非常類似。兩種器件采用的S-RCAT(球狀凹溝道陣列晶體管)單元晶體管結構有一些區別,但兩種器件都使用MIM存儲單元。由于工藝構造非常相似,而單元架構又迥然不同,因此需要用其它的評估方法來衡量這兩種產品的相似性和差異。
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平面陣列晶體管相比,三星和現代的DRAM器件使用的S-RCAT結構具有更好的電氣特性,如漏極到源極的擊穿電壓(BVDS)、結點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,從而減少待機時的功耗。
DRAM器件使用S-RCAT的最顯著效果是數據保持時間的改進。通過簡單地增加凹溝道深度和保持相同的基底滲雜度,該技術可以非常方便地擴展到亞60nm節點。正因為此,三星和現代這兩款DRAM器件是Semiconductor Insights公司迄今分析的市場上最先進的器件。
圖3:三星68nm(6F2)和現代66nm(8F2)128MB DRAM設計的比較。
為了定量地理解這些器件是如何搭建的,特別是器件適應各種極端工作溫度的情況,Semiconductor Insights公司開發出一種專門的工藝。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,然后對它們進行分層以便暴露出探針接觸點。
在典型的邏輯器件上或存儲器件的外圍中測量TC需要專門的微型探針和樣品制備技術,這種公認的測量方法已有效執行了許多年。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,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性,并且每次測量的結果很難重復,因為探針接觸電阻每次都不一樣(部分原因是塞子上固有的氧化物)。只有極少數的技術服務提供商成功地在DRAM單元晶體管上實現了有意義的測量,特別是在多種溫度環境下。
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比溫度(-20℃和80℃)條件下對這兩款DRAM做的分析結果相當有趣。
現代器件的線性門限電壓Vt-lin約高15%,即使它的S-RCAT電介質要比三星器件薄7%左右。門限電壓差異在所測溫度范圍內是比較一致的,因此這種差異可能是由于晶體管架構中的滲雜濃度差異引起的。
這次分析還對與溫度有關的漏電流Ioff做了評估。兩款器件的漏電流大致相當:低溫時的漏電流差異不是十分顯著。
不論是從結構還是從性能的角度看,三星和現代的DRAM器件都非常相似。三星通過采用6F2開放位線架構來縮小管芯尺寸。而現代則保持了8F2折疊位線的設計,并選擇版圖優化的方法,使管芯尺寸只有僅僅2,只比三星的67平方毫米稍大一些。
我們將密切關注三星和現代的技術演進,并了解現代是否能再次成功地縮小8F2架構。
作者:John Boyd
公司工藝技術分析師
Semiconductor Insights公司
Email:johnb@
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