鎧俠（Kioxia）近日對(duì)外公布了一項(xiàng)全新的高性能晶體管技術(shù)，可望為高密度、低功耗的 3D DRAM 打開(kāi)大門(mén)。相關(guān)成果已在 12 月 10 日于美國(guó)舊金山舉行的國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）上發(fā)表。鎧俠表示，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)有望應(yīng)用在包括人工智能服務(wù)器、邊緣與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在內(nèi)的多種領(lǐng)域。
在 AI 算力持續(xù)攀升的背景下，市場(chǎng)對(duì)更大容量、更低功耗的 DRAM 需求日益迫切。然而，傳統(tǒng) DRAM 工藝正逼近物理極限，如何在有限空間內(nèi)繼續(xù)提升容量，成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同面臨的難題。以往常見(jiàn)的做法是采用單晶硅作為晶體管溝道材料，但這種方案不僅制造成本偏高，還會(huì)在刷新存儲(chǔ)單元時(shí)帶來(lái)更高的能耗。
在去年的 IEDM 上，鎧俠曾首次對(duì)外介紹采用氧化物半導(dǎo)體溝道的 DRAM 技術(shù)（OCTRAM：使用氧化物半導(dǎo)體制成溝道的晶體管）。今年，鎧俠進(jìn)一步展示了可實(shí)現(xiàn)高度集成的晶體管新結(jié)構(gòu)，并成功驗(yàn)證了 OCTRAM 器件的三維堆疊能力，完成了 8 層堆疊晶體管的運(yùn)作測(cè)試。
這項(xiàng)方案的核心，是在既有成熟工藝的基礎(chǔ)上，將硅氧化物與硅氮化物等薄膜進(jìn)行多層堆疊，并在關(guān)鍵區(qū)域引入 InGaZnO 等氧化物半導(dǎo)體材料，用以取代傳統(tǒng)氮化硅區(qū)域。通過(guò)這種方式，可以在垂直方向與水平方向上同時(shí)實(shí)現(xiàn)晶體管的多層堆疊。此外，鎧俠還開(kāi)發(fā)了一套可調(diào)節(jié)垂直間距的工藝，使器件在保持可靠性的同時(shí)，進(jìn)一步壓縮結(jié)構(gòu)尺寸，為未來(lái)大規(guī)模堆疊的存儲(chǔ)單元提供了可能。
在電性表現(xiàn)方面，這類(lèi)器件在維持較高導(dǎo)通電流（>30 μA）的同時(shí)，展現(xiàn)出極低的漏電流特性，靜態(tài)漏電可低至 1 aA（10^-18 A）量級(jí)。如此低的漏電水平，意味著器件在保持?jǐn)?shù)據(jù)與周期性刷新時(shí)的功耗都有機(jī)會(huì)進(jìn)一步降低。鎧俠目前已經(jīng)完成了包含 8 層水平堆疊晶體管結(jié)構(gòu)的試作，各層晶體管均通過(guò)了基本的功能驗(yàn)證。公司方面表示，將繼續(xù)推進(jìn)相關(guān)研發(fā)，以加速其向?qū)嶋H存儲(chǔ)產(chǎn)品的導(dǎo)入。
在閃存領(lǐng)域，鎧俠今年 8 月也對(duì)外展示了一款容量達(dá)到 5TB 的超高速 HBF 原型產(chǎn)品。與閃迪此前提出的 HBF 堆疊閃存實(shí)現(xiàn)路徑不同，鎧俠這款面向邊緣服務(wù)器場(chǎng)景的高速閃存驅(qū)動(dòng)器，采用的是類(lèi)似“珠鏈”的串聯(lián)結(jié)構(gòu)：多個(gè)閃存顆粒以串聯(lián)方式構(gòu)成一條“鏈”，再與控制器一同串聯(lián)接入到每一塊存儲(chǔ)板上，而并非采用傳統(tǒng)的總線型連接架構(gòu)。同時(shí)，該原型產(chǎn)品配備了 PCIe 6 接口，以滿(mǎn)足高帶寬、低時(shí)延的數(shù)據(jù)訪問(wèn)需求。
綜合來(lái)看，無(wú)論是面向未來(lái) 3D DRAM 的氧化物半導(dǎo)體堆疊技術(shù)，還是針對(duì)邊緣與高性能應(yīng)用的 HBF 原型方案，都反映出鎧俠正嘗試從器件結(jié)構(gòu)、連接架構(gòu)與系統(tǒng)帶寬等多維度入手，為下一代存儲(chǔ)產(chǎn)品尋找新的增長(zhǎng)空間。
