美光：下一代DRAM技术面临哪些困境？

近年来，在原厂之间的技术角逐之中，美光可谓成绩亮眼，无论在DRAM还是NAND领域都可谓“一马当先”，不仅率先批量生产176层3D NAND Flash，也是第一个宣布批量出货1α DRAM产品的厂商。

另外，在DRAM领域，美光更是三家内存原厂中唯一在1α制程中没有导入EUV工艺的厂商。近日有报道称，美光最新1α制程产品拥有0.315Gb/mm²的存储密度，half pitch为14.3nm，超越了三星1z制程工艺0.299 Gb/mm²的存储密度，是当前业内存储密度最高的产品。

那么，美光作为DRAM技术发展的有力推手，在下一代DRAM技术中面临哪些技术和性能挑战？无疑对产业链具有借鉴作用。在一次技术交流会上，美光对此做了详细阐述，并以《Scaling and Performance Challenges of Future DRAM》为题公开发表。

• Row Hammer攻击

所谓Row Hammer攻击是指为了内存容量的增加，DRAM cell越做越小且距离越来越近，导致存储器单元泄露电荷并可能造成比特翻转的意外情况。

Row Hammer问题并非新增问题，并将在DRAM微缩过程中愈发严重。虽然，当前通过采用ECC纠错技术缓解了这种情况，却仍然存在一定的限制。而在1β制程技术中，若要缓解Row Hammer问题，则需要突破性技术改善。

• 刷新周期

所谓刷新周期是指对所有DRAM存储单元恢复一次原状态所需的时间间隔。由于DRAM的存储位元是基于电容器的电荷存储，这个电荷量会随着时间和温度而减少，因此必须定期的刷新，以保持它们原来记忆的正确信息。

根据公式，刷新周期与单位电容成正比，随着DRAM技术尺寸微缩，刷新周期性能也将下降。另外，在一定刷新周期内，错误率也将随着温度的升高而增加。而这一特性限制了产品在汽车领域的使用，因为在汽车领域中，通常对器件的温宽要求很高。

随着DRAM器件尺寸微缩，感测容限不断降低，且由于每个节点的窄通道效应和短通道效应，感测放大器晶体管Vt的变化加剧。

• CMOS技术

随着CMOS电路不断缩小，晶体管的关键指标：栅氧厚度不断缩小，然而当厚度缩小到2nm以下时，就会出现明显的隧穿泄露。因此逻辑芯片厂商开始使用High-K工艺，就是使用高介电常数的物质替代二氧化硅。

近十年中，DRAM芯片中也使用了High-K工艺，使得DRAM性能提升的同时降低功耗。在DRAM历史上，随着数据速率提高以及功耗要求提升，DRAM工作电压已经从5V降低到1.05V。随着DRAM性能要求的分化，CMOS性能有望缩小与逻辑CMOS之间的差距。

随着数据量增加以及对器件性能要求的提升，在实现1α以下DRAM技术的发展过程中将面临许多挑战。存储厂商将不断开创创新的工艺与材料开发来克服这些挑战，持续提供突破和创新的设计方法，满足未来的性能及规模需求。