dram 和3d nand flash的晶圆一样吗

小佩琪??? 2024-05-24 02:17:17

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什么是3d nand闪存？从新闻到评测，我们对3d nand闪存的报道已经非常多了，首先我们要搞懂什么是3d nand闪存。从2d nand到3d nand就像平房到高楼大厦我们之前见过的闪存多属于planar nand平面闪存，也叫有2d nand或者直接不提2d的，而3d 闪存，顾名思义，就是它是立体堆叠的，intel之前用盖楼为例介绍了3d nand，普通nand是平房，那么3d nand就是高楼大厦，建筑面积一下子就多起来了，理论上可以无线堆叠。3d nand与2d nand区别3d nand闪存也不再是简单的平面内存堆栈，这只是其中的一种，还有vc垂直通道、vg垂直栅极等两种结构。3d nand闪存有什么优势？在回答3d nand闪存有什么优势的时候，我们先要了解平面nand遇到什么问题了——nand闪存不仅有slc、mlc和tlc类型之分，为了进一步提高容量、降低成本，nand的制程工艺也在不断进步，从早期的50nm一路狂奔到目前的15/16nm，但nand闪存跟处理器不一样，先进工艺虽然带来了更大的容量，但nand闪存的制程工艺是双刃剑，容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降，因为工艺越先进，nand的氧化层越薄，可靠性也越差，厂商就需要采取额外的手段来弥补，但这又会提高成本，以致于达到某个点之后制程工艺已经无法带来优势了。相比之下，3d nand解决问题的思路就不一样了，为了提高nand的容量、降低成本，厂商不需要费劲心思去提高制程工艺了，转而堆叠更多的层数就可以了，这样一来3d nand闪存的容量、性能、可靠性都有了保证了，比如东芝的15nm nand容量密度为1.28gb/mm2，而三星32层堆栈的3d nand可以轻松达到1.87gb/mm2，48层堆栈的则可以达到2.8gb/mm2。3d nand闪存在容量、速度、能效及可靠性上都有优势传统的平面nand闪存现在还谈不上末路，主流工艺是15/16nm，但10/9nm节点很可能是平面nand最后的机会了，而3d nand闪存还会继续走下去，目前的堆栈层数不过32-48层，厂商们还在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。四大nand豪门的3d nand闪存及特色在主要的nand厂商中，三星最早量产了3d nand，其他几家公司在3d nand闪存量产上要落后三星至少2年时间，intel、美光去年才推出3d nand闪存，intel本月初才发布了首款3d nand闪存的ssd，不过主要是面向企业级市场的。这四大豪门的3d nand闪存所用的技术不同，堆栈的层数也不一样，而intel在常规3d nand闪存之外还开发了新型的3d xpoint闪存，它跟目前的3d闪存有很大不同，属于**锏级产品，值得关注。四大nand豪门的3d nand闪存规格及特色上述3d nand闪存中，由于厂商不一定公布很多技术细节，特别是很少提及具体的制程工艺，除了三星之外其他厂商的3d nand闪存现在才开始推向市场，代表性产品也不足。三星：最早量产的v-nand闪存三星是nand闪存市场最强大的厂商，在3d nand闪存上也是一路领先，他们最早在2013年就开始量产3d nand闪存了。在3d nand路线上，三星也研究过多种方案，最终量产的是vg垂直栅极结构的v-nand闪存，目前已经发展了三代v-nand技术，堆栈层数从之前的24层提高到了48层，tlc类型的3d nand核心容量可达到256gb容量，在自家的840、850及950系列ssd上都有使用。三星最早量产了3d nand闪存值得一提的是，三星在3d nand闪存上领先不光是技术、资金的优势，他们首先选择了ctf电荷撷取闪存（charge trap flash，简称ctf）路线，相比传统的fg（floating gate，浮栅极）技术难度要小一些，这多少也帮助三星占了时间优势。有关v-nand闪存的详细技术介绍可以参考之前的文章：nand新时代起点，三星v-nand技术详解东芝/闪迪：独辟蹊径的bics技术东芝是闪存技术的发明人，虽然现在的份额和产能被三星超越，不过东芝在nand及技术领域依然非常强大，很早就投入3d nand研发了，2007年他们独辟蹊径推出了bics技术的3d nand——之前我们也提到了，2d nand闪存简单堆栈是可以作出3d nand闪存的，但制造工艺复杂，要求很高，而东芝的bics闪存是bit cost scaling，强调的就是随nand规模而降低成本，号称在所有3d nand闪存中bics技术的闪存核心面积最低，也意味着成本更低。东芝的bics技术3d nand东芝和闪迪是战略合作伙伴，双方在nand领域是共享技术的，他们的bics闪存去年开始量产，目前的堆栈层数是48层，mlc类型的核心容量128gb，tlc类型的容量可达256gb，预计会在日本四日市的fab 2工厂规模量产，2016年可以大量出货了。sk hynix：闷声发财的3d nand在这几家nand厂商中，sk hynix的3d nand最为低调，相关报道很少，以致于找不到多少sk hynix的3d nand闪存资料，不过从官网公布的信息来看，sk hynix的3d nand闪存已经发展了3代了，2014年q4推出的第一代，2015年q3季度推出的第二代，去年q4推出的则是第三代3d nand闪存，只不过前面三代产品主要面向emcc 5.0/5.1、ufs 2.0等移动市场，今年推出的**3d nand闪存则会针对ufs 2.1、sata及pci-e产品市场。sk hynix的3d nand闪存堆栈层数从36层起步，不过真正量产的是48层堆栈的3d nand闪存，mlc类型的容量128gb，tlc类型的也可以做到256gb容量。intel/美光：容量最高的3d nand闪存这几家厂商中，intel、美光的3d nand闪存来的最晚，去年才算正式亮相，不过好菜不怕晚，虽然进度上落后了点，但imft的3d nand有很多独特之处，首先是他们的3d nand第一款采用fg浮栅极技术量产的，所以在成本及容量上更有优势，其mlc类型闪存核心容量就有256gb，而tlc闪存则可以做到384gb，是目前tlc类型3d nand闪存中容量最大的。美光、intel的3d nand容量密度是最高的384gb容量还不终点，今年的**scc大会上美光还公布了容量高达768gb的3d nand闪存论文，虽然短时间可能不会量产，但已经给人带来了希望。intel的**锏：3d xpoint闪存imft在3d nand闪存上进展缓慢已经引起了intel的不满，虽然双方表面上还很和谐，但不论是16nm闪存还是3d闪存，intel跟美光似乎都有分歧，最明显的例子就是intel都开始采纳友商的闪存供应了，最近发布的540s系列硬盘就用了sk hynix的16nm tlc闪存，没有用imft的。intel、美光不合的证据还有最明显的例子——那就是intel甩开美光在**大连投资55亿升级晶圆厂，准备量产新一代闪存，很可能就是3d xpoint闪存，这可是intel的**锏。3d xpoint闪存是intel掌控未来nand市场的**锏这个3d xpoint闪存我们之前也报道过很多了，根据intel官方说法，3d xpoint闪存各方面都超越了目前的内存及闪存，性能是普通显存的1000倍，可靠性也是普通闪存的1000倍，容量密度是内存的10倍，而且是非易失性的，断电也不会损失数据。由于还没有上市，而且intel对3d xpoint闪存口风很严，所以我们无法确定3d xppoint闪存背后到底是什么，不过比较靠谱的说法是基于pcm相变存储技术，intel本来就是做存储技术起家的，虽然现在的主业是处理器，但存储技术从来没放松，在pcm相变技术上也研究了20多年了，现在率先取得突破也不是没可能。相比目前的3d nand闪存，3d xpoint闪存有可能革掉nand及dram内存的命，因为它同时具备这两方面的优势，所以除了做各种规格的ssd硬盘之外，intel还准备推出dimm插槽的3d xpoint硬盘，现在还不能取代ddr内存，但未来一切皆有可能。最后再回到我们开头提到的问题上——****现在也把存储芯片作为重点来抓，武汉新芯科技（xmc）已经在武汉开工建设12英寸晶圆厂，第一个目标就是nand闪存，而且是直接切入3d nand闪存，他们的3d nand技术来源于飞索半导体（spansion），而后者又是1993年amd和**通把双方的nor闪存部门合并而来，后来他们又被赛普拉斯半导体以40亿美元的价格收购。2015年新芯科技与飞索半导体达成了合作协议，双方合作研发、生产3d nand闪存，主要以后者的mirrorbit闪存技术为基础。不过小编搜遍了网络也没找到多少有关mirrorbit的技术资料。这两家公司的闪存技术多是nor领域的，3d nand显然是比不过三星、sk hynix及东芝等公司的，有一种说法是mirrorbit的堆栈层数只有8层，如果真是这样，相比主流的32-48层堆栈就差很远了，成本上不会有什么优势。 20210311

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