DRAM技術(shù)發(fā)展史年表

DRAM技術(shù)發(fā)展史年表1959年，美國德州儀器（TI）公司Kilby在一塊Ge襯底上做成兩個(gè)以上的晶體管,標(biāo)志著世界上第一塊集成電路的誕生。1960年，HHLoor和ECastellani發(fā)明了光刻工藝。1963年，F(xiàn).M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術(shù)，今天，95%以上的集成電路芯片都是基于CMOS工藝。1968年，IBM的R.H.Dennard發(fā)明了DRAM的核心記憶單位1T1C（1個(gè)晶體管搭配一個(gè)電容器）。這個(gè)結(jié)構(gòu)成為所有計(jì)算機(jī)內(nèi)最主要的讀寫元件，至今未曾改變。1969年，英特爾推出了64位的SRAM芯片（雙極靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器），由于其成本縮減到了磁心存儲器成本的l/10，因此獲得了巨大的成功。1970年，英特爾利用MOS工藝開發(fā)出1kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAM—）1103型存儲器。硅片直徑為50mm芯,片面積為8.5mm2，集成度為5000，采用的主要技術(shù)為三晶體管單元和刷新技術(shù)。相對于雙極技術(shù)，MOS技術(shù)不僅能耗少而且集成度高，因此DRAM就成為了計(jì)算機(jī)存儲指令和數(shù)據(jù)的主流技術(shù)。在整個(gè)20世紀(jì)70年代，DRAM一直是英特爾的核心產(chǎn)品和主要利潤來源，為其之后的發(fā)展奠定了雄厚的資金基礎(chǔ)。1972年，4kbDRAM問世。硅片直徑為75mm芯,片面積為15.9mm2，集成度為11000，采用的主要技術(shù)為單晶體管單元、差分讀出技術(shù)和地址多路選擇技術(shù)。1975年，16kbDRAM問世。硅片直徑為75-100mm,芯片面積為16.2mm2，集成度為37000，采用的主要技術(shù)為二層多晶硅技術(shù)。1978年，64kbDRAM問世，標(biāo)志著超大規(guī)模集成電路（VLSI）時(shí)代的來臨。硅片直徑為100-125mm,芯片面積為26.6mm2，集成度為155000，采用的主要技術(shù)為循環(huán)位線、折疊數(shù)據(jù)線等技術(shù)。1980年，256kbDRAM問世。硅片直徑為125-150mm,芯片面積為34.8mm2，集成度為555000，采用的主要技術(shù)為三層多晶硅和冗余技術(shù)。1984年，1MbDRAM問世。硅片直徑為150mm芯,片面積為51mm2，集成度為2250000，采用的主要技術(shù)為輕摻雜漏（LDD）結(jié)構(gòu)技術(shù)。11月，英特爾高層宣布不再開發(fā)新一代DRAM，基本上決定退出DRAM業(yè)務(wù)。從1985年開始，英特爾專注于對設(shè)計(jì)和工藝要求很高的微處理器業(yè)務(wù)。1984年，第一塊閃速存儲器問世。閃存是在EPROM和EEPROM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的非易失性存儲器,具有EPROM和EEPROM各自的優(yōu)點(diǎn),單元面積僅比EPROM大10-15%。集成度可以做到EPROM相當(dāng)水平。1986年，日本存儲器產(chǎn)品的世界市場占有率上升到65%,而美國則降低到30%,面對日本企業(yè)的低價(jià)傾銷，英特爾和多家半導(dǎo)體公司聯(lián)合推動(dòng)政府制定了1986年的美日半導(dǎo)體貿(mào)易協(xié)定,這對后來的世界微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響。同年,德州儀器（IT）起訴三星和8家日本芯片制造商侵犯DRAM設(shè)計(jì)專利權(quán),當(dāng)時(shí)因特爾也以類似的原因起訴了現(xiàn)代及其美 國設(shè)計(jì)供應(yīng)商。最后,三星和現(xiàn)代公司都為以前和將來的產(chǎn)品銷售付了專利使用費(fèi)。開發(fā)下一代芯片—4MDRAM意味著將與日本和美國在半導(dǎo)體尖端技術(shù)領(lǐng)域上同場競技,韓國只能自開發(fā)4MDRAM設(shè)計(jì),而此時(shí)的韓國企業(yè)也具有了一定的自主創(chuàng)新能力。1986年，NEC利用NMOS工藝生產(chǎn)出4MDRAM存,取時(shí)間為95ns。同年，東芝利用CMOS工藝生產(chǎn)出4MDRAM，存取時(shí)間為80ns。硅片直徑為150-200mm,芯片面積為91mm2，集成度為8000000，采用的主要技術(shù)為溝槽或疊層電容技術(shù)。1986年，中國華晶電子集團(tuán)公司研制成功第一塊64kbDRAM，采用2.5微米工藝，集成度為150000.1988年，16MbDRAM問世。硅片直徑為200m（m8英寸）,芯片面積為135mm2，集成度為30000000，采用的主要技術(shù)為化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)。1990年，美國Rambus公司研發(fā)出RDRA。M它不是典型的多支路控制信號存儲器總線，相反，它依賴于發(fā)自8位獨(dú)立控制總線的指令包。RDRAM采用了以標(biāo)準(zhǔn)存儲總線多倍率運(yùn)行的高速差分時(shí)鐘。1990年，清華大學(xué)微電子學(xué)研究生研制出1-1.5微米工藝1Mb漢字ROM1992年，韓國三星電子采用統(tǒng)一的經(jīng)營結(jié)構(gòu)，開發(fā)出世界第一個(gè)64MDRAM。硅片直徑為200-250mm,芯片面積為135mm2，集成度為140000000，采用的主要技術(shù)為超凈技術(shù)和低電壓化技術(shù)。64MbDRAM的工作電壓大多為3.3V。1992年，美國Rambus公司推出第一代RambusDRAM產(chǎn)品規(guī)范。RDRAM的數(shù)據(jù)存儲位寬是16位，遠(yuǎn)低于DDR和SDRAM的64位。但在頻率方面則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二者，可以達(dá)到400MHz乃至更高。同樣也是在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，能夠在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)，內(nèi)存帶寬能達(dá)到1.6Gbyte/s。1992年12月，日本富士通公司宣布開發(fā)成功256MDRA，M當(dāng)時(shí)大多數(shù)公司仍處在科研開發(fā)階段。256MDRAM所需的關(guān)鍵工藝技術(shù)為：193納米深紫外(準(zhǔn)分子激光)光刻技術(shù)；2.5V器件技術(shù)；無機(jī)且能真空處理的全干抗蝕劑技術(shù)；低介電常熟、易平面化的金屬間絕緣物；0.1微米以下淺結(jié)技術(shù)；全干法加工、刻蝕和清洗等技術(shù)。1995年，日本NEC公司宣布開發(fā)成功1GDRAM。其1GDRAM每個(gè)晶片含22億個(gè)晶體管及電容器，晶片尺寸僅9cm2(2.5*3.6cm),該新型晶片的設(shè)計(jì)特征是將晶體管與電容器重疊排列，從而使晶片面積大幅度縮減30%。其回路采用高難度顯微技術(shù)制造，線寬為0.25微米。1GDRAM的成功研制使得日本在存儲器競賽中再次超越了韓國。1GbDRAM所需關(guān)鍵工藝技術(shù)為：X射線或深紫外光刻技術(shù)；直徑為250-300mm的硅片；超淺結(jié)摻雜技術(shù)；1.0-1.5V器件技術(shù)以及碳化硅異質(zhì)結(jié)技術(shù)1996年，美國Rambus公司宣布第二代RambusDRAM產(chǎn)品規(guī)范。1996年,三菱電機(jī)開發(fā)出1.6Gb/s傳輸速度的1Gb級SDRA。M他們將構(gòu)成1Gb的32個(gè)32M存儲區(qū)塊金星兩部分控制信號分布，區(qū)塊分布呈正方形，布線均一，有效地控制了信號傳輸時(shí)間的偏差，工作頻率為200MHz。該1.6GDRAM采用同步加速器(SR)X線光刻工藝，其設(shè)計(jì)尺寸為0.14微米，芯片尺寸為24.12*24.12mm。1997年，日本富士通公司為了1GBDRAM的規(guī)模生產(chǎn)需要，開發(fā)了ArF準(zhǔn)分子激光曝光技術(shù)，成功地形成了用于4GbDRAM的0.13微米尺寸圖形。ArF準(zhǔn)分子激光(波長193nm)因比原工線光學(xué)光刻(波長365nm)的波長短，所以必須同時(shí)開發(fā)新的光刻材料。該公司開發(fā)了環(huán)氧樹脂類的單層膠(2MAdHA-MLMA和)超高分辨率技術(shù)。新的光刻膠在0.7微米厚度下透射率為70%以上，可以4.7m/cm2的高感光來實(shí)現(xiàn)0.15微米的圖形。并通過移相掩模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了最小線寬為0.24微米的圖形?？煞?GbDRAM0.13微米的尺寸要求。該器件的存儲單元尺寸為0.59x0.34微米，即0.20um2。1997年，日本NEC采用多值技術(shù)開發(fā)了4GbDRAM。采用這一技術(shù)，從純計(jì)算角度來看，預(yù)計(jì)可縮小芯片面積50%，可提高成品率，可大大降低芯片成本多值技術(shù)曾在快閃存儲器中使用過，但用于DRAM尚屬首次。多值技術(shù)是在存儲資料中設(shè)段中間狀態(tài)，進(jìn)行復(fù)數(shù)值存儲。這次開發(fā)的DRAM設(shè)定了4級電荷存儲量。因此，一個(gè)存儲單元可以存儲2bit的資料。該器件為了擴(kuò)大單元存儲容量（一般為25fF），采用了高介電率（390）的（Ba、sr）TiO3膜，使存儲容量提高到60fF。并用電子束曝光技術(shù)進(jìn)行0.15um的微細(xì)加工工藝。該器件的工作頻率為125MHZ，電源電壓為2.2v，單元尺寸為0.23um SDRA（MSynchronousDynamicRandomAccessMemory），即同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲器，同步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)。 SDRA（MSynchronousDynamicRandomAccessMemory），即同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲器，同步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)。 DDR：DoubleDataRate，即雙倍數(shù)據(jù)速率。 RAMBUS內(nèi)存就是一種高性能、芯片對芯片接口技術(shù)的新一代存儲產(chǎn)品，它使得新一代的處理器可以發(fā)揮出最佳的功能 。1997年，現(xiàn)代電子在世界上首次開發(fā)1G的SDRA。M1998年，三星開發(fā)出世界第一個(gè)128MBSDRA1以M及128MBFlash內(nèi)存。1999年，三星電子開發(fā)出世界第一個(gè)1GFlash內(nèi)存原型并成為世界第一個(gè)實(shí)現(xiàn)1GDDR2DRAM芯片商業(yè)化的公司；同年三星電子開發(fā)出世界第一個(gè)1GHzCPU和世界第一個(gè)24-英寸寬屏TFT-LCD并出廠了第一批大規(guī)模生產(chǎn)的256MSDRAM芯片；三星電子還開發(fā)出第一款可以具備DDR制造選項(xiàng)的128MSDRA。M1999年，美國Rambus公司在因特爾的支持下，開發(fā)出第三代RDRAM產(chǎn)品規(guī)范。它裝備18位寬度的數(shù)據(jù)總線，且又可實(shí)現(xiàn)1.8G/s的I/O接口，便于系統(tǒng)擴(kuò)充。2000年，日本NEC公司分別開發(fā)出128MSDRAM（0.18微米）和64MSDRA（M0.22微米）新產(chǎn)品。其戰(zhàn)略目標(biāo)是瞄準(zhǔn)多方位應(yīng)用的SDRAM器件市場；其戰(zhàn)略方針是利用先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)低成本SDRAM以適應(yīng)各種市場需求。2000年，三星電子256M閃存正式批量投產(chǎn)并開發(fā)出第一個(gè)288MRAMBUS3DRAM和GDD4GDDR是4GDDR是GraphicsDoubleDataRate的縮寫，為顯存的一種，GDDR是為了設(shè)計(jì)高端顯卡而特別設(shè)計(jì)的高性能DDR存儲器規(guī)格。2000年，中芯國際成立，在短短的兩年多時(shí)間內(nèi)，工藝技術(shù)上完成了從0.25微米到0.15微米的過渡，縮短了我國IC產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)水平的差距，因?yàn)槟壳埃?003年）國際上IC的主流技術(shù)是。0.25微米/O.18微米CMOS工藝，正在向0.13微米/90nmCMOS工藝過渡。中芯國際于2001年11月正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為20Omm晶圓4.25萬片/月，生產(chǎn)工藝0.25微米。2001年，Motorola宣告已采用0.6微米設(shè)計(jì)規(guī)則制作出256kbCMOSMRAM芯片，該芯片提供了35ns的讀出的寫入時(shí)間。磁阻存儲器（MRA）M也是一種非揮發(fā)性存儲器。與FRAM不同的是，其讀取不是破壞性的。因此，在讀數(shù)以后不需要復(fù)原寫入。MRAM一般可以在2.5V到3.3V的電壓范圍內(nèi)工作，而且它也可以在低達(dá)1.8V的電壓下工作，這種性能對低功耗、非易失性存儲器的消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用具有很強(qiáng)的吸引力。2001年，三星電子1G閃存商業(yè)化。三星電子開發(fā)出16MDDRSRA和M世界最大的40英寸TFT-LCD顯示器。同年，三星電子開始大量生產(chǎn)128M/256MDDR333和256MRAMBUSDRA。M三星電子還生產(chǎn)世界第一個(gè)40英寸TFT-LCD顯示器并開始大量生產(chǎn)512MB閃存。2001年，現(xiàn)代電子開發(fā)出世界上速度最快的128MBDDRSDRA。M年，海力士開發(fā)1GDDRDRAM模塊并在世界上首次開發(fā)高密度大寬帶256MB的DDRSDRA；M它還開發(fā)出0.10微米、512MB的DDR。2002年，NEC與日立合資成立的Elpida宣布收購三菱的DRAM業(yè)務(wù)，并與我國臺灣力晶半導(dǎo)體建立聯(lián)盟，企圖成為第四大DRAM廠商。2002年，Ovonyx公司與因特爾一起制作出1MOUM試驗(yàn)芯片，該芯片采用0.18微米光刻技術(shù)制作。OUM技術(shù)是硅存儲器技術(shù)與可重寫CD和DVD所用的存儲介質(zhì)（硫族化物材料合金）兩種技術(shù)相結(jié)合,使兩種獨(dú)立的技術(shù)聯(lián)系在一起,而創(chuàng)造出的一種新的集成技術(shù)。2003年，海力士宣布發(fā)表在DRAM行業(yè)的第一個(gè)1GbDDR2問世并宣布在世界上首次發(fā)表DDR50。0同年，海力士采用0.1微米工藝技術(shù)投入生產(chǎn)超低功率256MSDRA。M2003年，東芝和NEC公司的聯(lián)合研究小組計(jì)劃采用0.25μm磁性隧道結(jié)（MTJ）與0.18μmCMOS工藝相結(jié)合的方式來突破“MRAM技術(shù)如何使磁阻材料與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容”的技術(shù)壁壘，MRA（M磁阻RAM）的寫入速度超快，幾乎是閃存的1000倍，是FRAM的20倍，讀寫次數(shù)無限，功耗亦不大。年，TI公司已推出64MbFRAM（鐵電存儲器）產(chǎn)品。FRAM是新一代存儲器中最早實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的技術(shù)，它結(jié)合了易失性與非易失性存儲器兩者的長處，擁有高速讀寫，超低功耗和無限次寫入等特性。年，三星成為最大的贏家，該公司經(jīng)過痛苦的重組，依靠高檔DRAM和NAND閃存，擊敗美、日對手，穩(wěn)坐全球DR枷市場頭把交椅，并首次榮獲全球10強(qiáng)半導(dǎo)體廠商的亞軍稱號。2004年，中芯國際與國際DRAM制造商Qimonda（時(shí)為英飛凌）合作，轉(zhuǎn)移0.11微米DRAM制造技術(shù)，在200mm晶圓廠引入ArF光刻機(jī)，使得當(dāng)時(shí)國內(nèi)集成電路制造技術(shù)步入世界級水平（直到65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)以前，DRAM制造工藝始終引領(lǐng)著整個(gè)集成電路制造業(yè)的技術(shù)發(fā)展，成為每一個(gè)技術(shù)世代的代言。在65nm節(jié)點(diǎn)后，這一狀況將被NAND閃存制造技術(shù)所取代），工藝復(fù)雜程度也大大提升。2004年，美光科技已獲得大批量生產(chǎn)288Mb容量低延遲DRAMⅡ產(chǎn)品的資格。RLDRAⅡM技術(shù)所具備的快速隨機(jī)存取、超高帶寬和超高密度特性使其成為高性能網(wǎng)絡(luò)、高端商業(yè)制圖和服務(wù)器（L3）緩存應(yīng)用的理想之選。年，海力士成為世界最先開發(fā)512MbGDDR、4業(yè)界最高速度及最高密度GraphicsDRAM的企業(yè)，并在業(yè)界最先推出JEDEC標(biāo)準(zhǔn)8GBDDR2R-DIM。M年，三星開發(fā)出了世界第一款真正的雙面液晶顯示器和世界第一個(gè)50nm1GDRAM。同年開發(fā)出了1.72英寸超反射LCD屏2007年開發(fā)出了世界第一款30nm64GbNANDFlash NAND-flash內(nèi)存是flash NAND-flash內(nèi)存是flash內(nèi)存的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案。Nand-flash存儲器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲，因而在業(yè)界得到了越來越廣泛的應(yīng)用。2006年，海力士在業(yè)界最先發(fā)表60nm1GBDDR2800MH基z礎(chǔ)模塊并開發(fā)出世界最高速的200MHz512MBMobileDRAM。2007年，三星開發(fā)出了世界第一款30nm64GbNANDFlash?內(nèi)存。2008年，海力士引進(jìn)2-Rank8GBDDR2RDIM RDIMM：即RegisteredDIMM，表示控制器輸出的地址和控制信號經(jīng)過Reg寄存后輸出到DRAM芯片，控制器輸出的時(shí)鐘信號經(jīng)過PLL后到達(dá)各 RDIMM：即RegisteredDIMM，表示控制器輸出的地址和控制信號經(jīng)過Reg寄存后輸出到DRAM芯片，控制器輸出的時(shí)鐘信號經(jīng)過PLL后到達(dá)各DRAM芯片。2009年，三星開發(fā)出世界第一款40納米DRAM2009年，海力士最先開發(fā)出44nmDDR3DRAM。海力士這種嶄新的“DDR3DRA”M（DDR3動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存）芯片采用的技術(shù),能讓內(nèi)部線路相距僅40奈米,細(xì)微度是目前產(chǎn)品的1/5。海力士表示,這項(xiàng)新產(chǎn)品的生產(chǎn)效率較現(xiàn)有芯片提升50%,因?yàn)楸痊F(xiàn)有制程耗費(fèi)更少能源和成本。2010年，三星開始批量生產(chǎn)20nm級、64GB、3bitNAND閃存2010年，海力士開發(fā)出20nmClass64GbNANDFlash和全球首個(gè)2Gb移動(dòng)低功耗DDR2DRA。M2010年，美光科技(MicronTechnology,Inc)推出了第三代低延時(shí)DRAM(RLDRAM3內(nèi)存)———一種高帶寬內(nèi)存技術(shù)，能更有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)信息。視頻內(nèi)容、移動(dòng)應(yīng)用和云計(jì)算的蓬勃發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高效的要求，以便在線傳輸大量數(shù)據(jù)。與前幾代產(chǎn)品相比，美光新的RLDRAM3內(nèi)存進(jìn)一步提高了存儲密度和速度，同時(shí)最大限度地減少了延遲，降低了功耗，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中性能更好。2011年，三星開發(fā)出行業(yè)內(nèi)第一款30nm級1GBDDR4DRA和M生產(chǎn)世界第一款64GBMLCNAND閃存；它還生產(chǎn)出世界上第一款20nm級2GBDDR3DRA以M及開發(fā)出世界上第一款30nm級4GBLPDDR3DRA。M2011年，海力士開發(fā)出30nmClass2Gb高性能DDR4DRA；M并利用TSV TSV:在半導(dǎo)體微電子領(lǐng)域，代表硅通孔技術(shù)。在3DIC封裝及MEMS TSV:在半導(dǎo)體微電子領(lǐng)域，代表硅通孔技術(shù)。在3DIC封裝及MEMS封裝過程中，由于要使用到多層芯片互聯(lián)，因此需要打穿整個(gè)芯片的孔來實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接.目前比較流行的兩種方法為先通孔(viafirst)與后通孔(vialast)。為了提高電子集成系統(tǒng)的性能,降低成本,器件的特征尺寸不斷縮小,制作工藝的加工精度不斷提高,同時(shí)硅片的面積也在不斷增大。IC芯片的特征尺寸已經(jīng)從1978年的10μm發(fā)展到現(xiàn)在(2001年)的0.18μm;硅片尺寸也逐漸從2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸過渡到12英寸。集成度則從1971年的1kDRAM發(fā)展到現(xiàn)在(2001年)的1GDRAM。電子器件一般具有這樣的特點(diǎn):即隨著它們結(jié)構(gòu)尺寸的縮小,工作速度將會增加,功耗降低。在MOS內(nèi)部電場不變的條件下,通過等比例縮小器件的尺寸和電源電壓,以增加跨導(dǎo)和減少負(fù)載電容,由此提高集成電路性能,這就是等比例縮小規(guī)律。集成電路技術(shù)發(fā)展的物理極限挑戰(zhàn)與對策在需要大存儲器和高吞吐量的服務(wù)器上，高速的DDR，包括250/350MHzDDR已占