【導(dǎo)讀】隨著傳統(tǒng)DRAM器件的持續(xù)縮小，較小尺寸下寄生電容的增加可能會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生負(fù)面影響，未來(lái)可能需要新的DRAM結(jié)構(gòu)來(lái)降低總電容，并使器件發(fā)揮出合格的性能。本研究比較了6F2蜂窩動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (DRAM) 器件與4F2垂直通道訪問(wèn)晶體管 (VCAT) DRAM結(jié)構(gòu)的寄生電容。結(jié)果表明，與6F2結(jié)構(gòu)相比，4F2結(jié)構(gòu)顯著降低了節(jié)點(diǎn)接觸 (NC) 與位線 (BL) 之間的寄生電容。盡管4F2器件其他組件之間的寄生電容相比6F2器件略有增加，但它們?nèi)蕴幱谥С制骷_(dá)成目標(biāo)性能的合格水平。相比6F2器件，4F2 DRAM器件的總寄生電容得到有效降低，可能在器件尺寸較小的情況下提供更優(yōu)的性能。
摘要
隨著傳統(tǒng)DRAM器件的持續(xù)縮小，較小尺寸下寄生電容的增加可能會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生負(fù)面影響，未來(lái)可能需要新的DRAM結(jié)構(gòu)來(lái)降低總電容，并使器件發(fā)揮出合格的性能。本研究比較了6F2蜂窩動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (DRAM) 器件與4F2垂直通道訪問(wèn)晶體管 (VCAT) DRAM結(jié)構(gòu)的寄生電容。結(jié)果表明，與6F2結(jié)構(gòu)相比，4F2結(jié)構(gòu)顯著降低了節(jié)點(diǎn)接觸 (NC) 與位線 (BL) 之間的寄生電容。盡管4F2器件其他組件之間的寄生電容相比6F2器件略有增加，但它們?nèi)蕴幱谥С制骷_(dá)成目標(biāo)性能的合格水平。相比6F2器件，4F2 DRAM器件的總寄生電容得到有效降低，可能在器件尺寸較小的情況下提供更優(yōu)的性能。
簡(jiǎn)介
隨著傳統(tǒng)6F2 DRAM器件的不斷縮小，位線與接觸節(jié)點(diǎn) (CBL-NC) 之間的寄生電容由于這些DRAM組件之間距離的減少而增加。這種電容的增加導(dǎo)致位線感應(yīng)裕量和刷新時(shí)間下降，進(jìn)而對(duì)存儲(chǔ)器性能產(chǎn)生負(fù)面影響。用于下一代DRAM器件的4F2 VCAT DRAM架構(gòu)就是為了解決這一問(wèn)題并顯著降低寄生電容。
評(píng)估新的DRAM架構(gòu)通常會(huì)采用基于硅晶圓的實(shí)驗(yàn)，但這種方法既耗時(shí)又昂貴。在本研究中，我們使用SEMulator3D?的虛擬工藝建模來(lái)評(píng)估6F2和4F2 DRAM器件之間的寄生電容，對(duì)比了不同DRAM結(jié)構(gòu)中存在的各種寄生電容，并評(píng)估了4F2 DRAM器件相比6F2 DRAM器件在總電容方面可能實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)。
器件結(jié)構(gòu)和仿真方法
本研究使用版圖數(shù)據(jù)和工藝步驟數(shù)據(jù)組合在工藝建模平臺(tái)中構(gòu)建虛擬3D結(jié)構(gòu)。圖1a和圖1b分別展示了6F2 DRAM器件的仿真3D結(jié)構(gòu)及其器件結(jié)構(gòu)，圖1c和圖1d分別展示了4F2 DRAM器件的仿真3D結(jié)構(gòu)及其器件結(jié)構(gòu)。我們對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電容提取，以計(jì)算每個(gè)DRAM器件中的寄生電容。
器件仿真結(jié)果
圖2顯示了6F2 和4F2 DRAM器件的寄生電容仿真結(jié)果。在4F2 DRAM結(jié)構(gòu)中，CBL-NC顯著減少，主要原因是與6F2 DRAM相比，位線與接觸節(jié)點(diǎn)之間的間距較大。由于字線未被埋入且比在6F2 DRAM中更接近位線，CBL-WL和CWL-NC在4F2 DRAM中更大。由于4F2和6F2 DRAM器件的位線結(jié)構(gòu)差異不大，CBL-BL相當(dāng)。由于4F2 DRAM中的關(guān)鍵尺寸更大且間距更小，CWL-WL和CNC-NC表現(xiàn)較差。總體而言，與6F2結(jié)構(gòu)相比，4F2結(jié)構(gòu)的總寄生電容仍顯著減少。
與6F2 DRAM器件相比，4F2 DRAM器件的性能有所提升。與6F2結(jié)構(gòu)相比，4F2結(jié)構(gòu)中的CBL-NC以及總電容得到了有效降低（見(jiàn)圖2）。
使用4F2結(jié)構(gòu)時(shí)，某些子元件的寄生電容會(huì)增加，但這些電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于6F2結(jié)構(gòu)中的CBL-NC ，從而降低了總電容，這意味著在工藝上有足夠的窗口來(lái)實(shí)現(xiàn)合格的器件性能。盡管CBL-NC得到了大幅減少，但在4F2 DRAM中，CWL-WL仍然是最大的寄生電容元件。然而，字線間的電容會(huì)影響晶體管柵極的控制，因此在4F2 DRAM設(shè)計(jì)中可能需要更加關(guān)注器件控制。
結(jié)論
我們使用虛擬工藝建模來(lái)研究不同DRAM結(jié)構(gòu)的電容。結(jié)果表明，與6F2 DRAM結(jié)構(gòu)相比，由于4F2 DRAM器件中主要寄生電容 (CBL-NC) 的減少，4F2 DRAM結(jié)構(gòu)的總寄生電容可以顯著降低。特別是在器件尺寸縮小的情況下，4F2 DRAM結(jié)構(gòu)可能比6F2器件提供更好的性能。
參考資料： [1] Q. Wang, Y. De Chen, J. Huang, B. Vincent and J. Ervin. 2022 China Semiconductor Technology International Conference (CSTIC)2022, pp. 1-4.
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