智通财经APP获悉，日前，知名机构Techinsighs发布了一个关于存储器未来路线图的白皮书。他们在其中指出，三星、美光和SKHynix等主要DRAM厂商已经将DRAM单元缩小到低于15nm的设计规则(D/R)生产。而现在他们一直在开发n+1和n+2代，即所谓的D1b(或1β)和D1c(或1γ)。

这意味着，无论是否采用EUV光刻机用于DRAM单元图案化，DRAM单元D/R可能能够进一步缩小到12纳米以下或更高。

众所周知，由于工艺完整性、成本、单元泄漏、电容、刷新管理和传感裕度方面的挑战，单元缩放正在放缓。从先进的DRAM单元设计中可以看到一些创新技术，例如高k介电材料、柱状(或准柱状或单面)电容器工艺、凹槽通道S/A晶体管和HKMG采用。

此外，3DDRAM、高带宽内存(HBM3)、图形DRAM(GDDR6X/7)和嵌入式DRAM(10nm、7nm及以上)技术将延长DRAM的使用寿命和应用。

而主要的NAND制造商正在竞相增加垂直3DNAND门的数量，并推出了1yyL3DNAND设备。例如，三星V7V-NAND、铠侠和西部数据公司(WDC)BiCS6、美光第2代CTFCuA和SK海力士第2和第3代4DPUCNAND。

除了存储密度之外，3DNAND原型还用于超低延迟的三星Z-SSD、铠侠XL-FLASH等NAND应用(归类为存储类内存)。3DNAND位密度已达到10.8Gb/mm2(SKHynix176L512GbTLC)和12.8Gb/mm2(Intel144L3-deckQLC)。同时，YMTC128LXtackingTLC和QLC产品已经发布。

英特尔则扩展了XPoint内存应用，不仅适用于传统SSD，还适用于DCPMM持久内存。IntelOptaneTMP5800XSSD产品采用第二代XPoint内存技术，具有四栈PCM/OTS单元结构。Everspin第3代独立256MbSTT-MRAM(pMTJ)和1GbSTT-MRAM，三星和索尼的新28nmeSTTMRAM(pMTJ)，具有40nm节点的AvalancheeSTTMRAM(pMTJ)，DialogSemiconductor(旧AdestoTechnologies)第2代CBRAM，而富士通45nmReRAM130nmFeRAM产品已于2020年和2021年上市。

下面，我们来看一下Techinsights对存储器未来的发展分析。

DRAM技术，趋势和挑战

图1显示了来自三星,美光,SK海力士，Nanya,PSMC,andCXMT厂商的DRAM路线图。三星、美光和SK海力士三大厂商已经展示了适用于DDR4、DDR5和LPDDR5应用的具有15nm和14nm级单元设计规则(D/R)的D1z和D1a产品。三星已在D1xDDR4试用车(TV)产品和D1zLPDDR量产产品中采用EUV光刻技术，而美光和SK海力士则为D1z代保留了基于ArF-i的双图案化技术(DPT)工艺。到2030年，将生产出D1d(或1δ)、D0a(或0α)和D0b(或0β)等设计进一步缩小的几代DRAM。另一家来自中国的DRAM制造商长鑫存储也加入了竞争，今年正在开发D1y代。

到目前为止，已经有了8F2和6F2DRAM单元设计，其中单元包括1T(晶体管)和1C(电容器)。这种1T+1C单元设计将用于未来几代DRAM的DRAM单元设计。然而，由于工艺和布局的限制，DRAM厂商一直在开发4F2单元结构，例如1TDRAM或无电容器DRAM原型，作为扩展DRAM技术的下一个候选者之一(图2)。具有B-RCAT结构的大块鳍(或鞍鳍)用于单元存取晶体管，然而，掩埋字线栅极材料已经从单钨层变为多晶硅/钨双功函数层，以有效控制栅极泄漏。在这种情况下，具有较低功函数的多晶硅上栅极提高了GIDL电场(30%)，增大了扩散电阻。此外，美光使用纯TiN栅极进行D1z和D1α代单元集成。虽然圆柱型结构是DRAM单元电容器集成的主流，但SK海力士(D1y和D1z)和三星(D1z)采用了准柱状电容器(或单面柱状电容器)结构，其中单元电容器仅外表面呈圆柱状，这导致单元电容比上一代更小。几年后，DDR5、GDDR7、LPDDR6和HBM3产品将在市场上普及。

对于10nm级及以上的DRAM单元设计，应在其中加入更多创新的工艺、材料和电路技术，包括更高NAEUV、4F2、1TDRAM、柱状电容器、超薄high-k电容器介质和低-kILD/IMD材料(图3)。

图4显示了主要厂商的DRAM设计规则(D/R)趋势。如果他们保持6F2DRAM单元设计以及1T+1C结构，2027年或2028年10nmD/R将是DRAM的最后一个节点。DRAM单元微缩将面临若干挑战，例如3DDRAM、减少rowhammer(电路)、低功耗设计、刷新降低和管理刷新时间、低延迟、新功函数材料、HKMG晶体管和片上ECC。最受欢迎的功能将是“速度”和“感应裕量(sensingmargin)”。三星用于DDR5和GDDR6的HKMG外围晶体管技术就是增加BL感应裕量和速度的一个例子。

3DNAND技术、趋势和挑战

主要的NAND芯片制造商正在竞相增加垂直3DNAND门的数量。他们已经推出了最新的1yyL3DNAND设备。三星176L(V7)、铠侠/西部数据162L(BiCS6)、美光176L(2ndCTF)、SK海力士176L(V7)用于1yyL产品，2021年和2022年长江存储128LXtackingTLC和QLC产品已经上市(图5)。MXIC还宣布了他们的第一个48L3DNAND原型，将于2022年底或2023年初量产。

目前已经采用了一些创新的技术和设计，例如三层结构、CuA/COP/PUC技术和具