存儲(chǔ)器密度在過(guò)去20年取得了令人驚嘆的增長(zhǎng)速度。1990年代,芯片存儲(chǔ)容量從4Mb迅速提高到256Mb。今天,盡管512Mb芯片的尺寸微縮仍然是研究的重點(diǎn)（因?yàn)椴捎枚M(jìn)制代碼輸入,所以字節(jié)數(shù)永遠(yuǎn)是2的冪次方）,最新技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了1Gb。4Gb的樣品也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)了,不過(guò)芯片尺寸相當(dāng)大,而且目前似乎還不需要這么大的單一芯片,它可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相當(dāng)于32,000張標(biāo)準(zhǔn)大小的報(bào)紙、1600張照片或長(zhǎng)達(dá)64小時(shí)的音像制品。
　　簡(jiǎn)單地說(shuō),存儲(chǔ)器可以將每個(gè)字節(jié)保存為1或0兩種狀態(tài),而且必須能夠讀取或“感應(yīng)”到這些狀態(tài)。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）是最常見(jiàn)的存儲(chǔ)器類型,其字節(jié)存儲(chǔ)與電容器充放電直接相關(guān)。如果電容器被充電,狀態(tài)為1;如果電容器不含電荷,狀態(tài)則為0。
　　DRAM存儲(chǔ)單元包含MOSFET（又稱為陣列存取晶體管或狀態(tài)轉(zhuǎn)換晶體管）。各存儲(chǔ)單元組成一個(gè)很大的陣列,位線和字線構(gòu)成其地址。其中,字線與狀態(tài)轉(zhuǎn)換晶體管的柵極相連;狀態(tài)轉(zhuǎn)換晶體管的源/漏極一端與字線相連,另一端與存儲(chǔ)電容器相接。寫數(shù)據(jù)時(shí),先提高字線電位,狀態(tài)轉(zhuǎn)換晶體管打開(kāi),通過(guò)位線往存儲(chǔ)電容器中“寫”入高/低電位;然后降低字線電位,狀態(tài)轉(zhuǎn)換晶體管關(guān)閉,電壓/電荷被限制和保存在存儲(chǔ)電容器中,完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)動(dòng)作。在標(biāo)準(zhǔn)DRAM中,讀取數(shù)據(jù)通常通過(guò)位線預(yù)充電（介于高低電壓之間）、打開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換晶體管、感應(yīng)存儲(chǔ)電容器與寄生位線電容之間電荷分享引起的位線信號(hào)電壓變化等一系列動(dòng)作完成。
　　存儲(chǔ)密度的快速提高很大程度上是新光刻技術(shù)引起的。新光刻技術(shù)可以轉(zhuǎn)移的圖形越來(lái)越小。但是,它同時(shí)給半導(dǎo)體工業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體工業(yè)必須能夠不斷地將電容器做得足夠小,在不占據(jù)更多空間的同時(shí)使電容器可以存儲(chǔ)足夠的電荷。2001 ITRS曾指出：“盡可能縮小存儲(chǔ)單元大小的壓力和盡可能提高存儲(chǔ)單元電容的需求產(chǎn)生了矛盾,它迫使存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)者通過(guò)設(shè)計(jì)和材料的更新找到創(chuàng)造性的解決方案,在縮小存儲(chǔ)單元尺寸的同時(shí)達(dá)到最低電容要求?！?BR>　　一種方法是將電容器做在深溝道中。采用溝道式存儲(chǔ)電容器的DRAM存儲(chǔ)單元特別適合與垂直晶體管進(jìn)行整合,因?yàn)榇鎯?chǔ)電容器上方的部分溝道側(cè)壁可用作通道,位線則位于硅襯底表面的上方。圖1為從目前的溝道式存儲(chǔ)單元到垂直晶體管溝道式存儲(chǔ)單元的發(fā)展過(guò)程示意圖。

圖1 從平面到垂直MOSFET存儲(chǔ)單元發(fā)展過(guò)程示意圖。（資料來(lái)源：IBM）
　　另一種方法是將存儲(chǔ)器垂直堆疊起來(lái),提高其表面積。然而,堆疊式設(shè)計(jì)中電容器的總表面積比溝道式電容器小很多。這是因?yàn)槎询B式電容器的高度受到一定的限制,大約為1~1.5um。繼續(xù)增加高度會(huì)導(dǎo)致力學(xué)穩(wěn)定性變差的問(wèn)題。此外,在高度變化這么大的電容器上方進(jìn)行布線也變得更加困難。為了進(jìn)一步提高電容,不管是堆疊式還是溝道式設(shè)計(jì),采用新的電容器電介質(zhì)已成為必然趨勢(shì),其介電常數(shù)比0.15um DRAM中常用的電介質(zhì)NO更高,因此單位面積上的電容也就越大。Ta2O5將是0.12um工藝時(shí)代的選用材料之一。
　　對(duì)于0.10um工藝時(shí)代來(lái)說(shuō),它需要介電常數(shù)更高的新材料（相對(duì)介電常數(shù)>20）。今天,我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)足夠滿足這一工藝要求的材料,但是大多數(shù)公司都一直在研究BSTO（barium strontium titanate）,它最有可能成為候選材料。盡管溝道式電容器的微縮方法比堆疊式電容器更可取,它仍然存在著許多挑戰(zhàn)有待解決。