最後更新:2026年10月8日記憶體記憶體半導體中國大陸:存储单元电容

單元電容是什麼

Cell Capacitor

單元電容是DRAM記憶單元的基本構成要素之一,是以電荷形式儲存資訊(0或1)的電容結構;DRAM的1個單元由1個存取電晶體(1T)與1個電容(1C)構成。

定義與原理

單元電容(Cell Capacitor)是DRAM記憶單元的基本構成要素之一,是以電荷形式儲存資訊(0或1)的電容結構。DRAM的1個單元是由1個存取電晶體(1T)與1個電容(1C)構成的1T1C結構。電容能否保持足夠的電荷量(電容值:fF單位),決定資料保持特性(刷新間隔)與S/N比。

隨著DRAM微縮,單元電容的面積縮小,維持所需電荷量(最低20fF以上)成為技術課題。對策包括:①電容的三維化(堆疊型:堆疊高深寬比的筒狀結構;或溝槽型:在矽基板內挖出深溝);②介電材料的高介電常數化(SiO2→HfO2、ZrO2、SrTiO3等高k材料);③電極面積的增加(釕電極的表面紋理化)。

在堆疊型電容(Stacked Capacitor)中,深寬比超過50:1的圓筒(筒狀)電容為主流。由於是以圓筒內外的表面積取得電容值,高度愈高,製造難度愈大。存在倒塌(Bridging/Leaning)風險,需要結構支撐技術(Support網狀結構)。蝕刻的深寬比要求是DRAM量產設備中最困難的關卡之一。

電容介電材料是以ALD沉積ZrO2(氧化鋯)、HfO2(氧化鉿)、ZrAlO、TiO2等High-k材料。藉由在降低介電層等效氧化層厚度(EOT:Equivalent Oxide Thickness)的同時維持物理膜厚,可在抑制漏電流的同時提高電容值。與釕(Ru)電極搭配,使ZrO2的高介電常數相(tetragonal相)穩定化的方法為主流。

單元電容製造的主要設備包括高深寬比溝槽蝕刻機(科林研發:Kiyo)、ALD沉積設備(ASM International:PEARL、應用材料:Centura)、CMP設備(應用材料:Reflexion)。單元電容技術是三星、SK海力士、美光競爭力的核心,各公司的詳細製程多半不公開。

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