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La DRAM ha ido escalando notablemente más lento que muchas de sus otras contrapartes de silicio. Si bien los microprocesadores se han fabricado hasta el nodo de 5 nm, la DRAM todavía está atrapada entre el nodo de 20 nm y 10 nm y lo ha estado desde aproximadamente 2016. En teoría, los 10 nm es el límite para la DRAM.

Tendencia de escalado de DRAM hasta 2018. Imagen utilizada por cortesía de Tech Insights

Debido a esto, los fabricantes han creado un nuevo esquema de nomenclatura de nodos de proceso que se refiere a la dimensión de la mitad del tono del área activa en la matriz de celdas de memoria. La convención es la siguiente:
1x nm: 19 nm – 17 nm (Gen1)
1 año: 16 nm – 14 nm (Gen 2)
1z nm: 13 nm – 11 nm (Gen 3)
Hasta este punto, los fabricantes solo han llegado al "nodo" 1z. Ahora, Micron Technologies se ha convertido en la primera empresa en traer al mercado la siguiente DRAM de dimensión más pequeña, 1α.

Relación de aspecto del condensador y escala de DRAM

Hay una multitud de razones por las que escalar DRAM no ha sido tan sencillo como escalar microprocesadores (si lo considera un proceso sencillo).

Una sola celda DRAM consta de un transistor de paso y un condensador de almacenamiento. Imagen utilizada por cortesía de Blocks & Files

Una de las razones tiene que ver con la propia naturaleza de DRAM; requiere un condensador de almacenamiento para mantener los valores. Debido a que la capacitancia de un dispositivo está directamente relacionada con sus dimensiones físicas, contraer un capacitor lateralmente reducirá su efectividad. El condensador no solo ya no podrá mantener una carga medible, sino que también perderá carga más rápidamente, lo que requerirá una actualización más dinámica.
Algunos proveedores de la industria argumentan que será necesario un importante desarrollo de materiales para superar suficientemente este desafío.

Desafíos de fabricación y escala de DRAM

Otro factor limitante para el escalado de DRAM implica desafíos en la fabricación.
El procesamiento de silicio a menudo se basa en la fotolitografía para grabar patrones detallados en el semiconductor. Los requisitos de diseño fotolitográfico de las células DRAM, específicamente las complejidades de los condensadores, hacen que el proceso de fabricación sea muy difícil.

La hoja de ruta de DRAM de Micron continúa desarrollándose. Imagen utilizada por cortesía de Micron

A medida que las características se reducen, la fotolitografía está limitada por el criterio de Rayleigh. Este criterio establece que es imposible utilizar la fotolitografía para grabar una característica de menos de aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz que se utiliza. Esto significa que cuando las características se graban lo suficientemente pequeñas, se vuelve virtualmente imposible crear celdas DRAM que sean lo suficientemente precisas usando técnicas convencionales.
Algunos desafíos incluyen modelar los orificios de los capacitores con una buena alineación y crear capacitores con relaciones de aspecto precisas para un comportamiento predecible.

Micron presenta un nuevo nodo de proceso de memoria

Si bien estos desafíos han hecho que el progreso sea asombrosamente lento, algunos proveedores aún están progresando. Micron es la primera empresa en hacer un progreso significativo recientemente, convirtiéndose ayer en la primera empresa en llevar el nodo de proceso 1α a la producción en volumen.
A diferencia de algunas empresas que buscan la litografía ultravioleta extrema (EUV) como solución, Micron logró la reducción de escala a través de "patrones múltiples". La idea detrás de esta técnica es mejorar la resolución agregando pasos no litográficos para crear múltiples características pequeñas a partir de una única característica más grande.

Proceso de modelado múltiple. Imagen utilizada por cortesía de Lam Research

El ingeniero de Micron, Thy Tran, explica: “Simplificando bastante, la idea básica es crear características de sacrificio usando el paso a paso, cubrir los lados de esas características con un material diferente y luego eliminar las características de sacrificio originales. ¡Voilà, dos funciones de tamaño medio! Repita el proceso y tendremos cuatro características del tamaño que necesitamos para 1α ".

Un aumento del 40% en la densidad de memoria

Esta noticia es significativa en el espacio de la memoria, considerando que la nueva 1α DRAM de Micron ofrece una mejora del 40% en la densidad de la memoria con respecto a su anterior nodo 1z DRAM. Micron también afirma que la nueva tecnología ofrece hasta un 15% de ahorro de energía en comparación con la DRAM móvil 1z.
Según la compañía, el nodo 1α se distribuirá en su cartera de productos DRAM este año para admitir todos los entornos que utilizan DRAM en la actualidad.