3D NAND技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展及發(fā)展前景

3D NAND的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢

隨著NAND Flash納米制程技術(shù)不斷向下微縮而技術(shù)瓶頸越發(fā)凸顯，畢竟半導(dǎo)體制程微縮逼近極限，微影技術(shù)成為最大挑戰(zhàn)，雖然全球半導(dǎo)體都壓寶在極紫外光(EUV)機(jī)臺身上，然而NAND Flash馬上要進(jìn)入1x/1y納米制程階段后，微縮瓶頸就在眼前，EUV技術(shù)遠(yuǎn)水救不了近火，因此各種不同的NAND Flash架構(gòu)被提出，而其中3D NAND Flash技術(shù)經(jīng)過幾年時(shí)間的沉淀后也越發(fā)逐漸走向成熟，也成為目前業(yè)界最快且有效的解決方案。

3D NAND技術(shù)與現(xiàn)有的2D NAND(納米制程技術(shù))截然不同，2D NAND是平面化的結(jié)構(gòu)，而3D V-NAND是立體結(jié)構(gòu)。3D NAND的立體結(jié)構(gòu)是使用3D存儲單元陣列來提高現(xiàn)有工藝制程下的單元密度和數(shù)據(jù)容量，以垂直半導(dǎo)體通道的方式排列，多層環(huán)繞式柵極(GAA)結(jié)構(gòu)形成多電柵級存儲器單元晶體管，可以有效的降低堆棧間的干擾。并且使用3D NAND技術(shù)應(yīng)用將不僅使產(chǎn)品性能至少提升20%，而且功耗可以降低40%以上。

此外，3D NAND的好處自然就是能夠比現(xiàn)在的閃存提供功能大的存儲空間，存儲密度可以達(dá)到現(xiàn)有閃存的三倍以上，3D技術(shù)若采用32層堆疊NAND Flash Die容量達(dá)128Gb，與主流2D 1y/1znm 128Gb相比缺乏成本競爭力。而采用48層堆疊則可將NAND Flash Die容量提升至256Gb，突破2D NAND 128Gb容量，且較32層3D NAND更有成本和性能優(yōu)勢，這也是驅(qū)使Flash原廠在2016年擴(kuò)大48層量產(chǎn)或加快導(dǎo)入步伐的主要原因，使得2D技術(shù)向3D 技術(shù)切換點(diǎn)恰好擁有最佳的成本效益，同時(shí)結(jié)合這樣的技術(shù)應(yīng)用在未來甚至可以做出10TB以上的2.5寸SSD固態(tài)硬盤。

另外還有一個(gè)重要特性，就是每單位容量成本將會比現(xiàn)有技術(shù)更低，而且因?yàn)闊o需再通過升級制程工藝、縮小cell單元以增加容量密度，可靠性和性能會更好，因?yàn)?/span>3D NAND是不再追求縮小Cell單元，而是通過3D堆疊技術(shù)封裝更多Cell單元，并且還可以使用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟的舊有工藝來生產(chǎn)3D NAND芯片，而使用舊工藝的好處正是P/E擦寫次數(shù)大幅提升，而且電荷干擾的情況也因?yàn)槭褂门f工藝而大幅減少。

3D NAND的發(fā)展趨勢

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，SSD正在以每年20%的需求量在快速增長，3D NAND大容量和高性能特性可為SSD帶來更高的性能表，所以從2D NAND技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>3D NAND技術(shù)是必然趨勢。未來2到3年，資料中心將開始使用3D NAND技術(shù)。不過各大制造商興建方式與使用的技術(shù)組合皆不相同。

隨著技術(shù)在應(yīng)用需求上的不斷改進(jìn)，將會加速3D NAND性能的不斷改進(jìn)以及良品率的不斷提升，對于目前主流的2D NAND替換的速度將會加快，同時(shí)3D NAND自身具備的容量及性能特性也注定著其發(fā)展前景的良好態(tài)勢，而良好的發(fā)展前景預(yù)示著擁有相當(dāng)大的市場利潤份額在其中，自然吸引越來越多的廠商競相加入，開發(fā)更多基于3D NAND技術(shù)的應(yīng)用來增強(qiáng)自身的競爭力以及技術(shù)實(shí)力，而最終受益的將會是設(shè)備的使用者電腦用戶群體。