最後更新:2026年10月8日記憶體記憶體半導體中國大陸:半球形晶粒硅

HSG(半球形晶粒矽)是什麼

Hemispherical Grained Silicon

HSG(半球形晶粒矽)是在表面形成直徑數十nm的半球狀晶粒、使其具有凹凸的矽膜。用於DRAM電容的電極,作為將表面積增為約2倍以增加可儲存電荷量的技術,於1990年代廣泛使用。隨著微縮使凹凸已無空間,目前主流是高圓筒結構搭配高介電常數膜。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

HSG(Hemispherical Grained Silicon:半球形晶粒矽)是在表面整面形成直徑數十nm的半球狀晶粒(grain),使其具有凹凸的矽膜。用於DRAM電容(儲存電荷的部分)的電極,藉由表面凹凸,在相同平面面積下將電極表面積增為約2倍,加大可儲存的電荷量(電容),作為一項技術在1990年代的DRAM中廣泛使用。

DRAM是在電容中儲存電荷來記憶0與1。要正確讀出記憶內容,電容需要一定以上的電容值,但隨著每一世代記憶胞縮小,電容面積也變小,電容值就會不足。因此,除了將電極做成立體筒狀或堆疊型以爭取面積之外,還以HSG使其表面形成凹凸,進一步增加面積。HSG的製作,是利用非晶矽膜在特定溫度下熱處理時,表面矽原子遷移並聚集在晶核周圍,使半球狀晶粒自然成長的現象。

HSG對增加電容值很有效,但凹凸會使電極之間的間距變窄,隨著微縮推進,已沒有形成凹凸的空間。因此在之後的DRAM中,主流方法是結合加高電極的細長圓筒(cylinder)或柱狀(pillar)結構,以及氧化鋯等高介電常數絕緣膜來確保電容值。

HSG(半球形晶粒矽)的常見問題

HSG為什麼會用於DRAM?
因為DRAM以電容中儲存的電荷來記憶,需要一定以上的電容值,但微縮使電容面積變小、電容值不足。在電極表面形成半球狀晶粒的凹凸,即使大小相同,表面積也能增為約2倍,從而增加電容值。
HSG是如何製作的?
將非晶矽膜在特定溫度下熱處理時,表面的矽原子會移動並聚集在晶核周圍,使半球狀晶粒自然成長。利用此現象,在電極表面整面形成細小晶粒的凹凸。

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