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拖稿好一陣子,很抱歉,因為我在構思如何將這兩種記憶體不同之處,以較簡單的方式介紹給大家,這並不如我想像中般的容易。
Dram 〈Dynamic Random Access Memory〉﹝隨機存取記憶體﹞,是一種揮發性記憶體〈Volatility memory〉,易即失去電力供應時,保存的資料會失去,國外大廠如美光 (Micron)、三星 (Samsung)、海力士 (Hynix)以及爾必達 (Elpida),國內的力晶、華亞科、南科、茂德以及華邦電,所生產的標準型及利基型 Dram 皆屬之,利基型 Dram 指的是有特殊功用,比如應用於手機上或是其他電子產品中,電路與標準型不同。國內 Dram IC 設計廠晶豪科以及鈺創就是設計此種產品。而 Flash memory ﹝快閃記憶體﹞,則是非揮發性記憶體〈Non-volatility memory〉,也就是無電力供給時,資料並不會因此消失不見。國外大廠如美光 (Micron)、三星 (Samsung)、海力士 (Hynix)、東芝 (Toshiba),皆有從事 Flash 晶片的生產。而常聽到 Flash IC 設計相關廠商,如群聯、慧榮、擎泰,這些廠商設計的是Flash controller,並非是 Flash 的晶片設計。
Dram 保存資料之處,是使用電容筒〈Storage node, SN〉,架構為 MIM〈Metal-Insulator-Metal〉,由 Fig.1 所示,當 Dram 要寫入資料時,會將 Bit-line〔位元線〕 的電位拉高,再將選定儲存單位的 Gate〔閘極〕打開,資料即可流入 SN 內,而後再將Gate 關掉。
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Fig. 1 Dram 儲存資料示意圖 (Vcc 各公司規格不同)。
如要讀取的時候,會將選定儲存單位的 Gate 打開,因 SN 的電流至 Bit-line ,使得 Bit-line 原先電位產生變化,當 S/A〈Sense amplifier〉〔感應器〕感應到電位不同,即可判定 SN 內的資料是 0 或 1。如 Fig. 2 所示。
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Fig. 2 Dram 讀取資料示意圖 (以 SN 資料為 1 舉例)。
為什麼 Dram 的資料不能像 Flash memory 一樣,失去電力時還能保存呢?因其先天結構就會漏電,會由 Junction leak 、 Channel leak 、 Isolation leak 、 Dielectric leak。這四種模式漏電,也因此 Dram 時常需要 Refresh〔刷新〕,將流失的資料補足,因此不能將電源給關閉。
Flash Memory 的架構與 Dram 不同,如 Fig. 3 所示,其架構多了一個 FG〈Floating gate〉〔懸浮閘〕,但沒有 SN。
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Fig. 3 Flash memory 結構示意圖。
不論是 NOR flash、NAND flash,其電子的保存,皆是存於FG 內,差別只是結構不同,NOR 在 cell 部分是採用並聯方式,一個 cell 會有一個Bit-line contact ,NAND flash 則是採用串聯方式,故體積會比 NOR flash 來的小。NOR flash 主要的應用面在於手機或是 Bios,其寫入資料的方式是採用 CHEI〔熱電子注入〕的方式,將 Drain〔汲極〕的電子拉入 FG 內,Erase〔抹除〕則是使用 FN tunneling 的方式將資料抹除。如 Fig. 4
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Fig. 4 NOR flash 寫入以及抹除示意圖。
NAND flash 應用面則是在於記憶卡以及 SSD〈Solid-State-Disk〉〔固態硬碟〕,許多人常常搞混,Dram 以及 NOR flash並不是構成 SSD 的元件,而是 NAND flash 才是。其寫入資料以及抹除資料皆是採用 FN 的方式【如 Fig. 5 所示】,其方式是將 Gate 施加高電壓,利用Coupling〔偶合效應〕,將電子拉入 FG 內。而因為資料存於 FG 內很穩定,並不需要做 Refresh 動作,也因此不需通電即可保存資料。
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Fig. 5 NAND flash write and erase.
許多人會有個疑問,既然 NAND flash 不需電力即可將資料保存,為何不用來取代 Dram?主要因素有價格、壽命以及速度三方面,NAND flash 與 Dram 相比,價格較高,壽命較短、速度較慢,因此無法取代 Dram.
相信從報章雜誌可以見到,國際記憶體大廠,美光、海力士以及三星,除了 Dram製造外,皆有生產 NAND flash。這是因為不論 Dram 以及 NAND flash,所用的製程,大部分都是 FEOL〈Front-end-of-line〉〔前段製程〕為主,BEOL〈Back-end-of-line〉〔後段製程〕的金屬層,至多只有三層,這與一般的 Logic〔邏輯廠〕恰巧相反。
Dram 廠如果也將 Flash 製造納入有兩個好處,其一是可以根據市況,進行 Flash 以及 Dram 產能的調配,其二則是 Flash 製程可扮演製程開發的驅動者。
Flash 製程發展一向是最快速的,因為他的 cell 架構為 one dimension〔一維〕,也因此進步最快,目前已經推到 32nm 的世代【不過因為市況不好,還未到量產階段】。Dram 的 cell 則是 2-dimension〔二維〕,可將 Flash 製程開發的經驗套至 Dram 下一世代的開發。
Flash memory 推進至 32nm 世代,首當其衝的就是 Photo process〔黃光製程〕,雖說黃光已經有 Immersion〔浸潤式〕機台,但其 Resolution〔解析度〕,極限在 4x nm,為了解決這個問題,有人提出了 Double patterning 〔雙重曝光〕製程,以便迎合要求。其基本概念就是第一次先曝出 1:3 之line space〔線與間距〕,而後再將 Mask〔光罩〕,移動後再次曝光,最終形成 line space 1:1 的 pattern。【如 Fig. 6 所示】。但實際上並不是如此做,若有興趣可以查論文,現今有許多相關的論文發表。
![](https://imageproxy.pixnet.cc/imgproxy?url=https://pic.pimg.tw/pickchu/1378578237-2138871876.jpg)
Fig. 6 Double patterning 示意圖。
憑良心說,半導體業的研發,燒錢如流水,並且常常伴隨著全是一場空的風險,Double patterning 這個技術,印象中 A 與 T 有一起合作,不過開發的並不是很順利,也因此聽說兩家公司交情連帶受影響。而先前 T 的 ECMP〔電化學機械研磨〕,開發也是觸礁,也許停掉了。也難怪許多老闆不願意碰觸研發這一塊,畢竟一兩百億燒下去,換來一場空,不但財務部門的主管會一直追著咬外,整個部門也會黑掉,大老闆也難對股東交代。但研發這塊又不能不走,只是很難見到願意投入大把資源進行研發的公司。
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