半导体存储器的发展历程与当前挑战

计算机内存主要是DRAM和SRAM。二者相比，DRAM的存储密度更高，而SRAM则具有最快的片上缓存。这两类半导体存储器都已经历了数十年的发展。DRAM需要周期性刷新才能保持住存储的数据，它的发展主要受存储密度和成本的影响。SRAM不需要周期性刷新就能锁存“0”和“1”信号，影响其发展的主要因素则是单元面积和读取速度。

DRAM技术衍生自早前的随机存取存储器 (RAM)。在DRAM出现之前，RAM是大家比较熟悉的存储器形态，其特点是只能保存正在读/写的数据，一旦关机断电就会擦除所有内存。最早的RAM系统由复杂的电线和磁铁组成，体积庞大且耗电量大，基本不具备实用性。IBM的罗伯特·丹纳德 (Robert Dennard) 改变了这一情况，他发明了使用单个晶体管和存储电容器的RAM存储单元。正是基于他的这项杰出发明，我们才逐渐发展出了在现代计算机中能容纳十亿个甚至更多RAM单元的单芯片。

半导体存储器面临的挑战及应对办法

如今，DRAM技术的发展面临很多和CPU相同的挑战，包括多重图形化、邻近效应和存储节点泄漏等。DRAM的开发需要精确的建模才能预测前述问题的影响并做相应的优化来避免良率受损。举例来说，在确定位线 (BL) 到有源区 (AA) 接触面积时就必须特别注意位线芯轴间隔和掩膜偏移，稍有疏忽就可能导致良率问题。

仅依靠基于晶圆的实验很难找出晶圆级失效的原因并确定与之相关的工艺参数。在工艺变化研究中制造测试晶圆并测量晶圆上的最终接触面积，费时且成本较高。先进的工艺建模技术能帮我们解决前述问题。通过对BL间隔层厚度变化和BL掩膜位移同时建模，基于DoE（实验设计）统计变化研究，可以确定最小接触区域。基于前述研究的结果，结合自带的结构搜索/DRC功能就可以确定具体芯片上的最小接触位置和区域。SEMulator3D®就是一个能完成上述研究的工艺建模平台。基于该平台的工艺变化研究能够帮助我们发现与BL芯轴间隔厚度和掩膜转换相关的潜在问题。图1 (a) 展示的就是用SEMulator3D检查BL间隔厚度和掩膜转换对BL/AA接触面积的影响，而图1 (b) 则显示了最小接触区域在芯片上的位置。