NAND Flash實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，即將跨入128層時(shí)代

（文章來源：EDA365網(wǎng)）

日前，美光發(fā)布第二季度財(cái)報(bào)，其在電話會(huì)議中美光透露，即將開始批量生產(chǎn)其基于公司新的RG（replacement gate）架構(gòu)的第四代3D NAND存儲(chǔ)設(shè)備。至此，美光，東芝，SK海力士和三星都已正式挺進(jìn)128層，甚至更高層級(jí)，存儲(chǔ)大廠們已經(jīng)為3D NAND的堆疊層數(shù)而瘋狂。

市場(chǎng)需求無疑是最大的驅(qū)動(dòng)力，隨著5G及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)正呈現(xiàn)出爆炸式的增長，由此對(duì)于存儲(chǔ)的需求也越來越大。

此前的閃存多屬于平面閃存 (Planar NAND)，我們一般稱之為“2D NAND”。巨大需求推動(dòng)下的2D NAND 工藝不斷發(fā)展，向1znm（12-15nm）逼近， 平面微縮工藝的難度越來越大，接近物理極限，但盡管如此，存儲(chǔ)密度也很難突破128GB容量。并且?guī)淼某杀緝?yōu)勢(shì)開始減弱，有資料指出，16nm制程后，繼續(xù)采用2D 微縮工藝的難度和成本已超過3D技術(shù)，因此各存儲(chǔ)大廠都在積極推出3D NAND。

3D NAND，簡單來說，就是通過die堆疊技術(shù)，加大單位面積內(nèi)晶體管數(shù)量的增長。有資料稱，3D NAND比2D NAND具有更高的存儲(chǔ)容量，若采用48層TLC 堆疊技術(shù)，存儲(chǔ)密度可提升至256GB，輕松突破了平面2D NAND 128GB 的存儲(chǔ)密度極限值。

同時(shí)還具有更高的可靠性，NAND閃存一直有著電荷之間電場(chǎng)干擾問題,導(dǎo)致需要flash control芯片透過復(fù)雜的算法來防止和糾正這么干擾帶來的錯(cuò)誤,最后拖累了資料的傳輸速度。透過3D堆疊技術(shù)，單位儲(chǔ)存空間變大，電荷間的電場(chǎng)干擾降低，大幅提升了產(chǎn)品的可靠性，也因資料錯(cuò)誤降低，不僅提升了資料的傳輸速率，更因簡化了糾錯(cuò)算法，進(jìn)而降低了功耗，一舉數(shù)得。進(jìn)一步凸顯了成本效益。

在主要的NAND廠商中，三星于2013年8月就已經(jīng)宣布進(jìn)入3D NAND量產(chǎn)階段，2014 年第 1 季正式于西安工廠投產(chǎn)。其他幾家公司在3D NAND閃存量產(chǎn)上要落后三星至少2年時(shí)間。東芝、美光、SK海力士2015年正式推出3D NAND閃存。Intel 2016年4月初才發(fā)布了首款3D NAND閃存的SSD，不過主要是面向企業(yè)級(jí)市場(chǎng)的。在這些存儲(chǔ)大廠的推動(dòng)下，NAND Flash正在快速由2D NAND向3D NAND普及。

2019年Q3度全球NAND閃存市場(chǎng)明顯復(fù)蘇，三星、鎧俠(原東芝存儲(chǔ))、美光等主要存儲(chǔ)廠商的出貨量均有較大幅度增長。據(jù)DRAMeXchange數(shù)據(jù)顯示，2019年Q4季度全球NAND閃存市場(chǎng)營收125.46億美元，環(huán)比增長8.5%，位元出貨量增長10%左右，合約價(jià)也由跌轉(zhuǎn)漲。

技術(shù)升級(jí)一向是存儲(chǔ)芯片公司間競(jìng)爭(zhēng)的主要策略。隨著存儲(chǔ)市場(chǎng)由弱轉(zhuǎn)強(qiáng)，處于新舊轉(zhuǎn)換的節(jié)點(diǎn)，各大廠商紛紛加大新技術(shù)工藝的推進(jìn)力度，加快從64層3D NAND向96層3D NAND過渡，同時(shí)推進(jìn)下一代128層3D NAND技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，以期在新一輪市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。

如前文所言，3D NAND主要依靠die堆疊，采用這種方式可以使得每顆芯片的儲(chǔ)存容量可以顯著增加，而不必增加芯片面積或者縮小單元，使用3D NAND可以實(shí)現(xiàn)更大的結(jié)構(gòu)和單元間隙，這有利于增加產(chǎn)品的耐用性。因此想要增加存儲(chǔ)空間就需要不斷的增加堆疊層數(shù)，這也就是為什么先進(jìn)存儲(chǔ)廠商一直想要追求更多堆疊層數(shù)的原因。

在發(fā)展3D NAND的過程中，這些廠商通常采用兩種不同的存儲(chǔ)技術(shù)：電荷擷取技術(shù)(CTF, Charge Trap Flash)和浮柵(FG, Floating Gate)技術(shù)。CSDN博主“古貓先生”指出，這兩種技術(shù)沒有好壞之分，應(yīng)該是各有千秋。CTF電荷擷取技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理和過程更加簡單，有利于加快產(chǎn)品進(jìn)程。此外，電荷存儲(chǔ)在絕緣層比存儲(chǔ)在導(dǎo)體浮柵中更加的可靠。

FG浮柵技術(shù)從2D NAND開始已經(jīng)很成熟。另外，采用FG浮柵技術(shù)的3D NAND的存儲(chǔ)單元相互獨(dú)立，而采用CTF電荷擷取技術(shù)的3D NAND的存儲(chǔ)單元是連接在一起的。這樣的話，F(xiàn)G浮柵技術(shù)的存儲(chǔ)過程更具操作性。
（責(zé)任編輯：fqj）