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进入3D NAND时代 三星/英特尔/东芝各有各招

导读: 各家半导体大厂的3D NAND技术早已如火如荼在开发中,目前进入32层堆叠技术,业界都认为2017年下半是3D NAND产能大量开出之时,目前看来时间点是对的,但各家半导体大场面临的考验恐怕会比预期艰钜数倍。

  OFweek电子工程网讯 NAND Flash产业在传统的Floating Gate架构面临瓶颈后,正式转进3D NAND Flash时代,目前三星电子(Samsung Electronics)、东芝(Toshiba)的3D NAND技术最早都是源自于飞索(Spansion)的Charge Trap架构,唯一例外的是英特尔(Intel)和美光(Micron)仍是延续传统Floating Gate架构,但从64层技术开始,也都会转成Charge Trap架构。

  技术转换往往会带给产业新一轮的洗牌战,跟不上脚步的制造商可能会从云端摔下,但也给新的供应商加入战局的机会,这次传统Floating Gate架构转换至Charge Trap架构,给了大陆加入NAND Flash技术开发行列的一张门票,尤其是Charge Trap始祖飞索很早就与大陆合作,双方的合作是顺水推舟,从NOR Flash一路合作到Charge Trap架构的3D NAND技术。

  各家半导体大厂的3D NAND技术早已如火如荼在开发中,目前进入32层堆叠技术,业界都认为2017年下半是3D NAND产能大量开出之时,目前看来时间点是对的,但各家半导体大场面临的考验恐怕会比预期艰钜数倍。

  过去平面NAND Flash芯片朝两方面前进,一是陆续有SLC、MLC、TLC型NAND Flash芯片的演进来提高储存容量并降低成本;二是制程技术不断往前,目前已经进入18/16/15纳米制程,但无法否认的是,技术前进的同时,其NAND Flash的氧化层越薄,芯片可靠性是递减的,因此需要用额外的方式来增强效能,这又使得成本提升,因此,平面NAND Flash技术已无法满足市场需求,开始进入3D NAND时代。

  进入3D NAND技术后,制程技术的演进成为其次,堆叠层数才是重点,层数越高会使储存容量越大。不过,当堆叠层数越高时,各层对准的技术就很困难,定位技术必须做的好,因为堆越高会越难对准。

  三星曾对外表示,不久将来会看到100层堆叠的技术出现。根据业界进度,2017年3D NAND技术会到80层,2020年到100层,至于3D NAND技术的堆叠极限在哪里里,各界也有不同的看法,有人甚至认为可堆到200层,但以目前技术挑战而言,真的堆叠到200层,恐怕对准的精准度是很大考验,可能良率也不见得太好,即使是2020年到100层,恐怕难度都很高。

  三星在3D NAND技术世代上仍是龙头厂,是全球第一家量产3D NAND技术的半导体厂,技术演进也最扎实。三星在2013年推出24层叠的3D NAND芯片,之后32层堆叠、48层堆叠的芯片陆续问世。

  三星计划今年第4季转进第四代64层堆叠技术的3D NAND芯片,估计每片晶圆的储存容量再提高30%,意味成本持续下降,三星也对外指出,100层堆叠以上的技术不是梦。

  东芝的3D NAND技术喊话也相当积极,原本号称要比三星更早量产64层堆叠技术的3D NAND芯片,但目前来看并未达阵。

  三星的3D NAND技术为3D V-NAND,而东芝(Toshiba)和新帝(SanDisk)合作开发的3D NAND技术为BiCS,或是称P-BiCS(Pipe-shaped Bit Cost Scalable),无论是三三星的3D V-NAND架构或是东芝的BiCS架构,都是源自于Charge Trap Flash(CTF)技术。

  目前所有开发3D NAND的存储器大厂中,只有英特尔和美光阵营不是用Charge Trap技术,该阵营在32层技术的技术仍是沿用Floating Gate技术,应该是基于对于传统Floating Gate既济的高掌握度和成本考量。

  举例,英特尔和美光推出的第一款3D NAND虽然是用Floating Gate技术生产,但其MLC型NAND Flash核心容量就有256Gb,而TLC型可以做到384Gb,是目前TLC型3D NAND中储存容量最大的。

  英特尔和美光48层堆叠、容量32GB的3D NAND已经推出,体积和尺寸都比上一代小,效能更是提升,未来也会朝第二代64层的3D NAND技术迈进。

  值得注意的是,英特尔和美光阵营从64层堆叠技术开始,会转用Charge Trap技术,未来应该都是此架构。

  此外,英特尔除了3D NAND技术外,也开发新型的3D XPoint快闪存储器,属于自成一格的技术派别,也让外界揣测,英特尔在下世代的NAND Flash技术上,是否有意陆续和美光画下界线。

  英特尔的3D XPoint快闪存储器问世时,引发整个半导体业界的讨论,因为当时英特尔释出的信息并不多,但陆续得知,3D XPoint快闪存储器其实是PCM相变化存储器的一种,不但可取代NAND Flash,也有机会取代DRAM。

  正值NAND Flash产业从传统Floating Gate技术转移到3D NAND Flash技术之际,既有的半导体大厂已面临不少挑战,变量还很多,但这样的转折也给了新进者一个加入战局的机会,当中最大受益者莫过于大陆。

  大陆要提升半导体芯片自制率到50%以上,消耗量庞大的存储器芯片绝对是不能缺席的要角,然要抢进已经如此成熟的产业,技术改朝换代之际是最好的时间点,大陆的存储器中心长江存储和武汉新芯就是卡到传统Floating Gate转到

  3D NAND Flash技术的转折点,又成功获得飞索(Spansion) Charge trap技术的一臂之力,至少在进入NAND Flash产业的起跑点上,成功弯道超车拿到门票。

  飞索和武汉新芯的合作要追溯至过去武汉新芯一直帮飞索代工NOR Flash芯片。在飞索2014年买给Cypress之前,飞索和三星针对Charge trap技术打官司,在和解后三星每年要支付给飞索Charge trap技术的权利金,飞索手上握有此技术算是大赢家,一手向三星收权利金,另一手授权给大陆Charge trap技术。

  长江存储预计最快是2017年底量产32层技术的3D NAND,广泛而言落后国际大厂两个世代。

  但业界仍是存有疑问,因为3D NAND技术的难度太高,即使是三星、东芝等大厂3D NAND技术问世的时间点都是一再延后,三星的64层技术也要到年底才量产,长江存储/武汉新芯目前是2017年底量产32层技术的3D NAND,但能否用于商用化?以及何时能追上国际大厂的速度,前方挑战还很多。

责任编辑:Trista
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