DRAM微缩制程中的挑战与创新

 从摩尔定律到制程瓶颈  
DRAM自1970年问世以来，取代磁芯存储器成为冯诺依曼架构的核心组件。随着个人电脑和工作站的普及，DRAM在1984-1985年间成为半导体市场中占比最大的单品。由于其制程进步直接影响存储容量，并凭借庞大的市场份额积累研发资金，DRAM长期作为摩尔定律的主要推动力。然而，2000年后NAND闪存和逻辑芯片逐渐超越DRAM，成为制程技术的主导者。尽管如此，截至2024年，存储器仍占据全球半导体市场的四分之一，但DRAM面临的基本结构挑战使其逐渐偏离摩尔定律的轨道。  
 1T1C单元的物理极限  
DRAM的核心单元为1T1C（一个读取晶体管+一个电容），通过电容储存电荷表示数据“0”和“1”。由于电容会随时间漏电，需每64毫秒刷新一次数据。这一特性决定了DRAM的设计必须平衡电容容量与制程微缩需求。  
电容设计的困境  
为维持足够的电容值（如10纳米制程下需10-20飞法拉），早期通过垂直方向扩展电容面积——深沟式或圆柱形结构被广泛采用。但随着制程进入10纳米以下，圆柱底部面积缩小导致电容值下降，被迫增加高度以弥补面积损失。这种宽高比（aspect ratio）的提升却带来蚀刻工艺难度激增，以及底部尖锐结构引发的电性缺陷，使得制程微缩陷入瓶颈。  
晶体管漏电流的威胁  
DRAM晶体管对漏电流极为敏感，因漏电会直接破坏数据保存能力。栅极感应汲极泄漏（GIDL）是关键难题之一：即使晶体管关闭，电流仍可能从汲极流向衬底。近年来通过RCAT（凹槽式通道阵列晶体管）、鞍鳍晶体管等新型结构缓解问题，但短通道效应（short channel effect）随着制程微缩加剧，进一步压缩了漏电流控制的空间。  
 技术突破的方向  
面对物理极限，行业正从材料与结构两方面寻求突破：  
1. 新材料应用：引入高介电常数（high-k）材料替代传统二氧化硅，提升电容效率；探索二维材料（如MoS₂）降低晶体管漏电。  
 行业现状与未来展望  
目前，三星、SK海力士、美光等厂商仍在推进1α/1β节点（约10纳米级）的研发，但投资回报率持续走低。机构预测，到2030年DRAM制程可能停滞在8纳米左右，更多依赖异构集成和AI加速器等外围技术协同突破。  

 结语  
DRAM技术的演进史既是半导体行业的缩影，也是工程智慧与物理规律博弈的过程。当制程微缩逼近理论极限，行业或将转向材料创新、架构重构与生态协同的新阶段。未来十年，谁能在存储性能、成本与可持续发展间找到最佳平衡，谁就可能引领下一代存储技术的浪潮。