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三星開始量產3D NAND,1枚芯片實現1Tbit存儲容量

2013年09月04日08:40    

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NAND閃存(以下稱NAND)不僅擔負著智能手機及平板電腦存儲介質的職責,而且也開始在服務器等領域奪取HDD硬盤的主角寶座。現在,NAND迎來了技術進步的大轉折時期(圖1)。過去20多年裡一直對大容量化和低成本化起到推動作用的微細化技術越來越接近極限。今后,通過層疊多層存儲單元來提高集成度的“3D化”技術將會取代微細化。

圖1 進化軸心由橫轉向縱

NAND閃存大容量化和低成本化的原動力將從微細化轉向3D化。平面NAND方面,三星與東芝-晟碟聯盟均在量產19nm工藝產品,SK海力士與美光科技將於2013年下半年開始量產16nm工藝產品。預計全面轉向3D NAND的時間為2015∼2016年。

三星電子8月6日宣布開始量產3D NAND。第二天,東芝也宣布將於“2013年度末或2014年度初”開始樣品供貨3D NAND。在8月於美國舉行的“2013年閃存峰會(FMS)”上,各公司紛紛介紹了自己的3D NAND供貨計劃。

進化軸由橫轉向縱。目前來看,已獲得新進化軸的NAND的進化不會停止。三星稱,2016∼2017年“將以1枚芯片實現1Tbit的存儲容量”。

首先從企業用SSD開始

“我們的‘V-NAND’是宣告3D內存時代拉開序幕的技術”,三星執行副總裁兼半導體研發中心總經理EunSeung Jung在FMS 2013的主題演講上這樣說道。他還介紹了三星已實現量產化的3D NAND“Vertical NAND(V-NAND)”的詳情。

三星的EunSeung Jung就"V-NAND"發表演講

Jung首先表示,已微細化至16∼19nm工藝的平面構造浮柵型NAND(以下稱平面NAND)由於兩個原因迎來了微細化極限。一個是存儲單元間干擾增大的物理性極限,另一個是蝕刻成本增大的經濟性極限。因此,三星似乎已經放棄15nm工藝以后的微細化。

隨后Jung強調,V-NAND能夠解決平面NAND的問題。V-NAND採用將電子儲存在SiN膜中的電荷阱型存儲單元來代替平面NAND使用的多晶硅。設計規則是層疊24層30∼40nm的存儲單元,結合2bit/cell(MLC)技術,實現了128Gbit的存儲容量。這相當於16∼19nm工藝平面NAND的最大存儲容量。V-NAND採用的方法是形成多層膜,然后通過貫通多層膜的開孔加工,一次性形成多層存儲單元。由於可將用來獲得相同存儲容量的設計規則由16∼19nm放寬至30∼40nm,因此可同時解決單元間干擾問題和成本問題。

三星稱,通過從根本上改變存儲結構,還可提高存儲性能。與20nm工藝的平面NAND相比,V-NAND的寫入速度可達到其兩倍,可擦寫次數能夠達到其10倍,耗電量卻隻有其1/2。

三星已從8月份開始提供採用V-NAND的首款產品——企業用SSD的樣品,這是2.5英寸的480G和960GB產品。三星稱,與使用平面NAND的相同容量SSD相比,新產品的隨機寫入速度提高20%,平均耗電量減少27%。

Jung表示,V-NAND的量產“已順利啟動,合格率也很高,而且具有成本競爭力”。但以后需要由外部客戶進行評測,好像生產量還不多。

目前成本還很高

此外,SK海力士也在FMS 2013上宣布,將於2013年底開始樣品供貨128GB的3D NAND,而且,該公司還在開發更大容量的產品。美光科技也將於2014年1∼3月開始樣品供貨3D NAND,估計是存儲單元層數超過30層的256Gbit產品。

雖然幾乎與這些企業同時開始樣品供貨3D NAND,但東芝-晟碟聯盟目前卻把重心放在平面NAND上。晟碟公司技術開發副總裁Ritu Shrivastava表示:“3D NAND隻有成本低於平面NAND才有意義,層疊24層還不夠。”兩公司打算到2016年開始正式量產3D NAND,希望在量產時反超對手。東芝的田中表示:“屆時將實現其他公司無法追隨的芯片面積。”(圖2)

圖2 東芝-晟碟聯盟希望在量產階段反超對手

東芝與晟碟認為,正在開發的3D NAND“BiCS”與其他競爭公司的3D NAND相比,在成本及用途廣泛性上處於優勢地位。

很多業內人士都認為,目前3D NAND的成本還很高。原因是,3D NAND不僅需要進行新的投資,而且制造技術不夠成熟。因此,估計這種產品會首先向企業用SSD等高端領域滲透,3∼4年之后才會進入移動終端等低成本領域。(作者:大下淳一,日經技術在線! 供稿) 

(責編:值班編輯、庄紅韜)

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