NAND Flash制程技术从1X纳米开始转进1y纳米,再往下将面临难以持续微缩的问题,业界寄望3D技术可以接替摩尔定律,继续引领半导体产业向前迈进。目前在NAND Flash领域3D技术已有重大突破,三星电子(Samsung Electronics)、东芝(Toshiba)、美光(Micron)、SK 海力士等存储大厂纷纷定出3D NAND芯片量产的时间表,利用3D 技术生产超高容量存储产品,还可以提高NAND Flash相关产品的性能、降低功耗,减少成本。
传统的NAND Flash都采用浮栅式存储(Floating Gate Flash)架构,该架构在业界已沿用近40年之久,其工作原理是将电荷储存在导体内,以侦测电荷的方式来判断位信息。但进入10奈米制程技术后,由于储存单元之间的距离越缩越小,电子外漏的风险增加,因此3D IC技术改将储存单位以3D垂直方向排列,解决其原本的物理限制。
三星电子在2013年8月正式开始量产采用3D垂直堆栈型结构NAND产品, 三星量产的3D V-NAND,是一种结合3D电荷捕捉内存储存技术CTM(Charge Trap Flash)与3D垂直堆栈制程的新世代NAND Flash。3D电荷捕捉内存储存技术是将芯片垂直推迭,再把储存单元的电荷储存在高稳定性的绝缘体中,可增加芯片的重复读写次数。采用三星电子独创技术--“三维筒形CTF(3D Charge Trap Flash)单元结构”和“三维垂直叠层工艺技术“,较原有20纳米产品的集成度多出一倍。产品容量达到128千兆位。
三星还推出了世界首款基于3D V-NAND技术的固态硬盘产品,由于采用了新的制造技术,新产品在性能增长20%+的同时、功耗却减少了40%+。凭借64层颗3D V-NAND MLC闪存(每颗容量128gbit),960GB版本的SSD提供了最高水准的性能表现(超过20%的顺序和随机读写操作性能改进)。同时,三星也传出将于大陆西安厂导入3D NAND技术,也可看出三星对于3D NAND产品的重视。
东芝曾表示,该厂的3D NAND Flash产品采用较精密的线路与3D技术,性能将大大超越其它公司的产品,样品将于2013会计年度(2013年4月~2014年3月)内出货,量产时间未定,可能于2015会计年度。
美光(Micron)之前在NAND Flash制程技术上一度领先,从25奈米转进20奈米制程,接下来往1X奈米制程发展,该公司的3D NAND Flash可能2014年第1季就能开始送样,如果该公司政策有变,时程还有可能提早。
SK海力士2013年底前将会完成3D V NAND的技术研发,并在2015年迈入量产阶段。若能在此之前确保市场性及产品质量,则会准备在2014年便开始量产。
从各芯片厂目前的时程表规划来看,3D NAND Flash产品的面市是必然的,市场也将面临再次陷入供需失衡的窘境。不过要大规模的量产上市,或许还需要至少3年的时间,对于近1、2年的市场供应影响不大。
再者,从三星发布的产品来看,3D NAND Flash产品会最先用在SSD上,存储容量高达480GB、960GB,将大量消耗3D NAND Flash。3D NAND Flash不仅可以让SSD容量最够大,而且与现在同等容量的SSD相比生产成本会大幅下降,这样不仅解决了SSD成本高,而且解除了SSD存储容量的局限性,到那时候SSD将完胜传统硬盘,如果SSD真的能够取代传统硬盘,那么3D NAND Flash导致供过于求的疑虑也就不存在了。3D NAND Flash产品的到来是一喜一忧,如何影响市场供应,关键在于上游芯片厂3D NAND Flash产品应用的规划。