超低价DRAM及其低成本技术

DRAM价格正在暴跌。512Mb的DDR2 SDRAM的批发价在一年之间已经跌到原来的1/3-1/5。这对于设备生产商非常有利，因为他们能够在低价产品中集成更大容量的内存。

到目前为此，DRAM的价格走势一直反映着设备的开发方向，PC的发展历史正好可以证明这一点。

DRAM每MB的价格从1995年微软公司Windows 95后开始直线下降。到2001年下半年，微软公司WindOWS XP之后，仍间断性地继续下降。

DRAM厂商对需求的错误估计以及厂商之间的竞争是引起价格暴跌的直接原因。但是，在当时的背景之下，PC的高性能化发展确实对于大内存有着强烈的需求。windows 95时，PC中的内存约为8MB-16MB；而当windows XP时，PC中的内存容量已增加到256MB左右，增长高达16倍―32倍。

windOWS XP上市之后，DRAM的价格曾出现反复升降的情况。当2007年1月微软Windows Vista时，DRAM每MB的价格与windows XP上市时相差不多。其中最大的原因是DRAM市场的垄断化，而且用户也不再像以前那样追求超高性能。目前，WindOWS Vista电脑中使用的内存为1GB-2GB，是windowsXP时的4倍―8倍。

在Windows Vista以后，PC市场上呈现出的趋势是：性能方面变化不大，但价格却有可能大幅下降。中国台湾地区的华硕电脑先行一步，于2007年10月了价格为299美元的笔记本电脑Eee PC，集成了256MB-1GB的内存。其背后的推动力就是发展中国家的电脑市场对低价格产品的强烈需求。另一方面，目前市场对于高性能的需求相对较小，从WindowsXP升级到windowsVista的发展较为缓慢。

2001年下半年，由于DRAM价格不断下降，售价低于5万日元(约合435美元)的消费电子设备也开始使用大容量DRAM，其中最具代表性的就是高性能手机。2001年，手机开始采用2MB-4MB的DRAM；到2007年，手机中的DRAM容量已达到128MB左右。

此次DRAM的价格下降会持续到何时尚不明朗。但手机、电脑等产品的低成本压力依然存在，车载导航仪、数码相机、电视等对于低价格的要求也日益明显。DRAM价格的狂跌，也许是向各种消费电子设备打开了通往低价世界的大门。

512Mb的PC DRAM将在2008年上半年跌破1美元

DRAM的价格今后仍将继续下降，最近一年内已跌至原来的1/3-1/5。虽然这种跌势不会长久持续下去，但全球消费电子产品的低成本压力仍将迫使DRAM价格下降。有线索表明，今后4年左右，DRAM成本的下降速度为每年30％。随着DRAM价格的持续回落，设备厂商们很有可能在5万日元(约合435美元)以下的消费设备中集成GB级的内存。

PC DRAM的价格在2008年以后还将继续下降。特别是2008年上半年，仍有可能维持大幅下降的速度。之所以会出现目前的状况，主要原因是DRAM市场的竞争日趋激烈，以及随之而来的供求不平衡。这种状况可能会延续到2008年年中。

最近的主打产品是51 2Mb的DDR2 SDRAM，2007年10月，其批发价为1.3美元―1.7美元，每MB的价格为2美分―2.7美分。假设今后其价格回落的速度与2007年相同，那么到2008年第2季度，512Mb的DDR2 SDRAM的批发价格将降到1美元，即每MB的价格为1.6美分。据专业人士分析，2008年上半年，512Mb产品的批发价很有可能将跌破1美元。如果DRAM的价格真的会跌破1美元，那么，DRAM业界的垄断将进一步加剧，DRAM的价格则有可能暂时维持在一定水平上。

长远来看，每MB DRAM的价格将以每年30％的速度递减，过去的平均跌势已超过了该速度。为了保证此速度，存储器厂商正致力于开发各种低成本技术，其中包括面积为4F2(F是最小特征尺寸)的存储单元。预计，目前的下跌速度将会维持到2011年左右。

2007年10月，PC DRAM当时的价格只能让一部分厂商刚好能够获得利润。以此为起点，再加上每年30％的下降速度，就可以估计出生产厂商在收支平衡的条件下可实现的最低价格。据此推算，到2008年10月，面向大客户的DRAM批发价格将降到每MB 2美分以下，2009年10月降到1.4美分以下，2010年10月降到0.96美分以下。

提高了设备开发效率

DRAM价格的下降给设备生产商带来了福音。如果512Mb DRAM的价格真能降到1美元，那么，64MB-1GB内存的价格就可以低至1美元―16美元，这对设备商具有极大的吸引力。

受惠的将不仅是PC生产商，平板电视与高档光盘刻录机等设备也将开始采用同样的512Mb DDR2SDRAM。目前，手机DRAM与服务器DRAM的价格浮动也开始与PC内存同步。2008年以后，这些设备中同容量DRAM的价格大约是PC DRAM价格的1.2倍―1.5倍左右。

富士通公司认为，与以往一样，随着存储器成本的下降，设备中就可以集成更大容量的内存。那么，由于可以节省对于硬件和软件规格的讨论时间，因此，设备的开发效率就可能会得到提高。通常情况下，软件工程师希望使用尽可能大的内存，但硬件工程师从元器件成本控制上考虑，对内存容量有一定限制。如果同样的价格可以集成更大容量的内存，那么两者协调讨论的时间就可以缩短。

灵活使用低价DRAM的重要性

如果想要最大限度地活用低价DRAM，设备生产商还需要重新修改购买方式，并重新设计设备。目前，即使是在使用标准的DRAM产品，但不同种类的设备仍然需要分别下单。如果不同设备可以使用同类的DRAM产品，就可以一次性地大量下单，价格方面自然可得到更大优惠。

要实现不同设备都使用相同的DRAM，对于设备来说，就要讨论是否能够使用更大容量的存储器。目前，256Mb产品与512Mb产品的价格基本相同，与分成两次下单相比，全部统一采用512Mb产品会比较便宜。因此，有的设备商已经开始关注低价位的大容量产品。

也有的设备商认为，使用超出预计容量的DRAM时，需要修改设备的设计，并需要考虑如何解决功耗增加的问题。综合这些因素，在有些情况下，反而是不同的设备采用不同的DRAM在性价比上会更有优势。基于上述考虑，索尼公司与奇梦达公司合作，于2007年12月设立了DRAM设计公司QreaticDesign。

有可能跌破1美元

今后，DRAM的价格将主要取决于DRAM的供求状况。2007年DRAM市场的供给过剩状态，据估计至少将持续到2008年年中。因此，2008年上半年，DRAM价格很有可能将继续下降。

2007年，由于DRAM的供应量比需求量高出5％-10％，所以引起价格暴跌。供给过剩的原因是存储器厂商对微软于2007年1月的新操作系统Windows Vista的期望过高。有关人士指出，2007年DRAM的需求量与上年相比增长了约70％，同时供给量增加了80％左右。

专业人士认为，2008年DRAM的过剩程度将超过2007年，市场形势更为严峻。这是因为，与DRAM厂商供应量的增加速度相比，需求的增加速度较为缓慢。

大多存储器厂商受2007年价格暴跌的影响，已经开始控制2008年的供应量。与2007年相比，2008年的供给量大约会增长60％左右。但有不少分析师认为，2008年，DRAM的需求量有可能会减缓到45％-50％左右。中国台湾地区的某DARM厂商认为，2008年的需求将会呈现前所未有的低迷状态。

中国台湾地区的南亚科技公司对2008年每季度的DRAM充足率进行了预测。该公司认为，2008年第1季度的充足率为+9.2％，第2季度为+11.0％，供给仍然大量过剩；虽然之后该情况会有所缓和，但第3季度仍将高达+7.5％，第4季度为+3.1％，供给仍然过剩。

PC的需求增长速度放缓

需求量不再像以前那样高速增长的主要原因是：目前，60％以上的DRAM需求都来自PC市场。2008年，PC DRAM总的需求增长率预计为58.9％，而2007年的增长率为84.7％，从估计值来看，增长幅度大幅下降。

据美国IDC公司认为，2008年全球的PC出货量与上年相比，增长率大约为11.1％，而2007年的增长率为12.6％，增长速度有所放缓。南亚公司预测认为，每台PC平均集成的DRAM容量的增长也较为缓慢。2007年每台PC的平均DRAM容量增长率为64％；到2008年，估计平均容量为1.73GB，增长率仅为43％，不复昔日风光。

这一情况导致了PC市场对DRAM需求的下滑，而雪上加霜的是，松下电池工业的锂离子充电电池工厂于2007年9月30日发生大火。这次火灾直接导致了电池不足，从而使得笔记本电脑的生产速度滞后，这就进一步加剧了DRAM的供给过剩。据认为，该工厂恢复之前，有3个月的时间都无法生产电池，这有可能导致约900万台笔记本电脑无法生产，将近全球笔记本电脑年出货量的10％。

如果上述估计准确的话，那么2008年第2季度之前，512Mb DDR2SDRAM的批发价格就有可能降到1美元。

通过产业调整来阻止价格进一步下滑

一旦512Mb DDR2 SDRAM的价格真的跌破1美元，那么价格可能不会再继续暴跌。多位分析师认为，到那时将会有厂商退出DRAM行业，这将加剧行业垄断，从而扭转价格的下跌趋势。

实际上，2001年，当时最先进的DRAM价格暴跌到1美元时，产业就进行了重新调整，止住了价格跌势。当时，在东芝撤出该市场后，DRAM价格开始逆势上升，一直到2006年都不再下降。此次也有不少分析师认为，如果2008年，512Mb DDR2 SDRAM的价格跌破1美元，那么，行业也将重复之前的轨迹，至少要恢复到DRAM生产厂商收支平衡的地步。

但是，产业调整后，价格的稳定能维持多久尚未可知。许多分析家都认为，DRAM未来的需求走势很难估计。与2001年不同的是，今后，手机与数字家电的发展趋势将会在很大程度上影响DRAM需求的增长速度。BRIC等发展中国家的需求也难以把握。如果需求变大，即使是在DRAM市场垄断程度进一步加剧的形势下，也可能发生价格大幅下降的情况。

业内亏损严重

从2007年末到2008年，任何DRAM厂商都有可能撤出该行业。从各公司最近的结算结果可以看出，多个DRAM厂商都面临着这一艰难抉择。

DRAM龙头企业有8家公司，2007年第2季度，除了三星电子、海力土半导体(Hynix)、尔必达内存(Elpida)公司以外，其余5家公司在半导体行业都已陷入赤字。奇梦达公司约有360亿日元的巨额亏损，中国台湾地区的3家龙头企业力晶半导体(Powerchip)公司、南亚科技公司、茂德科技(ProMOS)公司的营业赤字都超过了100亿日元。

同期，三星公司与海力士半导体公司虽然其半导体事业部确保了营利，但DRAM本身的业绩未公开。业界普遍认为，两家公司的收益主要来自NAND闪存。8家公司里，唯一作为DRAM专业厂商并确保营利的是尔必达公司，但其营业利润仅为37亿日元，而其在2007年第1季度时营业利润为149亿日元，相比之下减少了75％。

三星、海力士、尔必达公司都将这一时期视为紧要关头。iSuppli(日本)公司的南川认为，这3家公司都在设法降低自己的生产成本，似乎有意淘汰其他公司。例如，分析师指出，三星公司正准备尽可能早地将512Mb产品的成本降到1.2美元。

产业向多元化发展

除了三星、海力士和尔必达公司以外，其他DRAM厂商即使被迫退出PC DRAM市场，也不会让人觉得惊讶。目前，已经有数家公司开始向多元化发展。

奇梦达与索尼合资成立了DRAM设计公司，这表明该公司已经开始从价格动荡显著的PcDRAM转向非PC DRAM。

一直倾注于DRAM产业的茂德科技公司也计划在2009年以后，开始生产液晶驱动芯片与功率半导体等。此外，该公司2007年8月宣布与凸版印刷公司合作，获得了用于CMOS传感器的彩色滤光片和做透镜技术的授权。

采用先进工艺并改进存储单元的布局使DRAM成本每年下降30％

在2007年9月召开的ISTF(工业战略技术论坛)2007上，尔必达公司的执行董事兼CTO安达隆郎宣称：“2011年左右，公司将开始量产采用40nm工艺的DRAM，其存储单元面积将削减到4F2(F是最小特征尺寸)。”

目前，主流的DRAM存储单元的面积为8F2，2007-2008年，业界开始正式启用6F2的存储单元技术。在计划中明确表示要采用4F2存储单元技术的目前还只有尔必达公司。2006年版的国际半导体技术路线图(ITRS)中，制定了全球半导体厂商到2020年的技术路线图，但其中并未提 到4F2 DRAM存储单元技术。

某韩国DRAM龙头企业的工程师认为，安达隆郎的上述演讲是为了表明该公司的决心：虽然目前难以实现，但公司仍然坚持引入4F2存储单元技术，以使DRAM每年的成本削减速度能达到30％。如果根据ITRS来计算存储单元面积的走势，相对于2005年―2008年间每年30％的削减速度，2009年以后，削减速度将放缓，每年大约可削减20％左右。按照尔必达公司的计划，如果真的能在2011年量产40nm工艺的4F2存储单元，存储单元面积每年30％的递减率就至少可以维持到2011年。如果采用4F2存储单元，那么，相同工艺下存储单元的面积就只有6F2产品的2/3。那么，DRAM成本每年30％的递减率也可维持到2011年。

采用先进工艺与改进存储单元布局双管齐下

以往，DRAM实现低成本主要是依靠采用更先进的工艺。只要使用更先进的制造工艺，基本就能实现每年30％的成本递减率。但是，自从2004年最小特征尺寸低于100nm之后，光靠工艺技术的发展已不能再维持上述的递减率。因此，DRAM厂商开始着手改进存储单元的布局，以缩小存储单元的面积。

2007年―2008年间，许多厂商正式在产品中使用面积为6F2的存储单元。与8F2的存储单元相比，DRAM的芯片面积可削减20％以上。而且，使用6F2存储单元后，产品在性能、耗电量、可靠性等方面都与以往的产品基本相同。

已有多家生产厂商开始量产6F2存储单元的DRAM。先行一步进入实际应用的是美光科技公司。该公司从2002年开始将其应用到量产产品中，从2006年秋开始使用6F2存储单元量产78nm的DRAM。继美光公司之后，三星电子从2007年上半年开始使用6F2存储单元量产68nm的DRAM。在2007年年末―2008年第2季度，尔必达公司也开始采用6F2存储单元量产65nm的DRAM，主要应用于1Gb产品中。

消除噪声

为了实现6F2的存储单元面积，各公司都采用了开放式位线结构。这种结构之所以能减小面积，是因为其字线与位线相交的部位全都能放置电容。之前之所以没能将开放式位线结构的存储器单元推向实际应用，主要是因为其抗噪性能太差。而面积为8F2的存储单元由于采用的是交叉式位线结构，所以避免了抗噪性差的问题。

在DRAM里，从存储单元输出的微电压需要通过读出放大器检出。这时，是以参考位线的电位为基准值。在交叉式位线结构中，要读取的存储单元的旁边就有参考位线。因此，即使要读取的存储单元受到了噪声影响，由于参考电位也会受到同样影响，所以误读的危险性较小。但在开放式位线结构的DRAM里，参考位线离要读取的存储单元较远，所以受到的影响不一样。

而现在，开放式位线结构的存储单元之所以能够进入实际应用，是因为DRAM内部电路的抗噪能力较强。而且，由于存储单元面积的缩小，存储单元的寄生电阻也明显降低，电容上部电极导人了金属材料，读取时的阻抗值也有所降低，所以读取电流增加，噪音的影响也相对减小。

4F2存储单元还处于讨论中

6F2存储单元之后应该就是面积为4F2的存储单元。目前尚未有生产商提到能够实现其实际应用，该技术仍然属于正在讨论中的候选技术。要实现4F2存储单元，需要引入多种新技术。最大的DRAM厂商三星公司寄望于使用纵向晶体管，以及在1块硅晶圆上层叠存储单元的技术。

在纵向晶体管中，存储单元和晶体管沟道是相互垂直的。字线与位线交叉的部分形成垂直沟道，是栅极绝缘膜。沟道正上方是电容，存储单元面积可压缩为4F2。

存储单元层叠技术是指，将目前的8F2存储单元层叠放置2个，就能达到4F2的效果。虽然三星公司已了NAND闪存和SRAM等非DRAM存储单元的晶体管层叠成果，但在DRAM存储单元的层叠方面，包括三星公司在内，尚未有公司在知名学术会议上发表过相关研究。目前正在研究之中的是SRAM，已经试产了存储阵列。现在，手机等设备中使用的SRAM存储单元面积较大，达到84F2。三星公司曾将原来在同一平面内的晶体管在三维空间内进行层叠，结果就将6晶体管存储单元的面积缩小到了25F2。

与SRAM相比，DRAM存储单元的层叠技术具有较大的障碍。因为在DRAM中，除了晶体管之外，还需要将电容进行层叠。

重新考虑多值技术

也有意见认为，要想实现4F2存储单元，就应该讨论怎样应用多值技术，也就是在一个存储单元内存储多位数据。NAND闪存中已经开始应用多值技术，但在DRAM中，从NEC在1997年的ISSCC上发表相关文章之后，到如今近10年时间内，在国际学会上都没有相关报道。

NEC当时的是应用了2位/存储单元多值技术的4GbDRAM。该试制芯片的物理存储单元面积大约是10F2，因此，每位的实际存储单元面积只有5F2。但是，当时DRAM制造工艺的发展较为顺利，所以业界并未关注多值技术的开发。

最近，重新关注多值技术的DRAM开发工程师开始增加。某生产厂商的DRAM工程师表示：“现有技术已经陷入瓶颈，所以，以往曾昙花一现的技术，需要重新加以讨论。过去，采用开放式位线结构的6F2存储单元，也被认为抗噪性能差，难以进入实际应用。但事实证明，经过开发之后，该技术颇为成功。”

制造工艺发展缓慢

推动DRAM低成本化的另一项主要技术就是制造工艺的进步，到目前为止，都是它在维持着DRAM低成本化的速度。DRAM生产厂商仍在一点一点地缩小最小特征尺寸，今后仍将继续进行相关开发。例如，在2006年版的ITRS里，DRAM的最小特征尺寸在2007年为65nm，但到2008年就变为57nm，以后也将持续缩小，到2013年将达到32nm。据该路线图描述，制造工艺将以每年7.13％的速度递减。

制造工艺发展速度之所以较为 缓慢，其中一个原因就是，目前在尽可能地不使用价格高昂的光刻设备，而继续使用现有的光刻设备。尔必达公司认为：“我们之所以用65nm工艺生产6F2存储单元，也是希望尽可能地使用现有的ArF光刻设备。引入4F2存储单元也是出于同样的理由。采用3Xnm进行量产时，就需要使用EUV光刻设备，这在2012年―2013年是否能符合经济效益，现在还不能肯定。如果要将4F2存储单元实用化，则可以使用面向40nm的浸液式ArF等光刻设备。”

改进晶体管结构

要继续使用更先进的制造工艺，除了光刻设备的价格问题，还需要对存储单元的晶体管技术加以改进。采用更先进的工艺时，存储单元晶体管的沟道会不断变短，沟道变短后所带来的直接问题就是截止电流增大。这样，刷新周期必须小于现在的64ms，容易增加用户负担。

截止电流直接关系到DRAM的性能，因此，为了将截止电流维持在一定范围以内，各DRAM厂商开始从根本上改变存储单元晶体管的结构。以前，是在与硅衬底相同的平面上设置沟道，现在开始引入三维技术。三星电子公司从90nm和80nto的DRAM开始引入被称为RCAT(recess channel array transistor，凹道排列晶体管)的技术。该技术在硅衬底上设计了一个凹槽，沿着该凹槽形成栅极绝缘膜，然后用多晶硅填满凹槽。由于沟道可以沿着凹槽形成，所以不光缩小了二维方向上的尺寸，而且延长了沟道，从而达到控制截止电流的目的。

三星公司表示，如果要支持70nm以下的工艺，还需要对RCAT进行改良。如果光是缩小RCAT结构，那么凹槽尖端部分的曲率半径就会变小，栅压的加压效率会变差。

为了提高栅压的加压效率，该公司开发了S-RCAT(球状凹道排列晶体管)技术，也就是将凹槽做成了球状。该公司计划将此技术应用于部分80nm工艺中，并将正式引入70nmDRAM中。

三星公司正在重新讨论怎样改进RCAT，以应用到60nm工艺中。如果直接将S-RCAT技术用于更先进的工艺，那么球状顶部比较容易聚集电场，从而影响栅极绝缘膜的可靠性。该公司又开发了新的u-RCAT(u型凹道排列晶体管)结构来避免这一问题。U-RCAT就是将凹槽顶端做成u字形状。将球状变为u状，就可以缓解电场聚集，从而提高栅极绝缘膜的可靠性。