三星已经连续推出了两代3d立体堆叠的v-nand闪存,业内独一无二,那么三星究竟是怎么做到的呢?要知道,在微观半导体层面,立体堆叠可不是搭积木。移动硬盘是否支持无线传输,为了方便手机和电脑都能轻松连接,而不需要一些复杂的转接步骤,你需要思考自己要不要挑选一款无线移动硬盘。
虽然三星之前也公布过大量v-nand的技术资料,但都是表层的,chipworks则带我们进入了底层。
闪存技术可以追溯到1971年,此后长达35年的时间里一直都在使用浮动栅极,后来换成了电荷捕获,而三星没有做本质上的变革,主要是将存储电荷的氮化硅层(也叫做sonos单元——sisiosinsiosi)给立了起来,使用多晶硅圆柱体作为衬底,将其他层环绕在这个中心圆柱上。
字线(wordline)就成了水平层,位线(bitline)连接在多晶硅圆柱体的顶部,选择栅极通过顶部和地步的导电层形成。
三星说是用钨取代了金属栅极,24个字线层、2个虚拟字线层、2个开关栅极一共28层。
图中还可以看到一个阻隔层(blocking layer),位于金属栅极和氮化硅之间,表明电容耦合层至少使用了高k电介质,而不是传统的氧化物。
v-nand之类的立体堆叠最大挑战就是如何蚀刻各种不同的层、为氮化硅圆柱通道蚀刻孔洞、分割字线的开槽、下达字线的穿孔……事实上,整个堆叠就是巨大的、无数的蚀刻问题。
但是现在既然有了第二代成品,说明三星已经解决了这些麻烦。
接下来就往芯片里边看吧。
这是v-nand的裸片照片,似乎没什么很特殊的,但是注意左侧。
这是裸片上的标记:末尾的a代表第二代,dg通常代表容量128gb,不过这里是大约86gb(128gb固态硬盘里有12个这种裸片)。
三星在国际固态电路会议上描述的是一个128gb裸片,面积约133平方毫米,而这里的面积只有85平方毫米,也就是存储密度从096gbmm2提高到了099gbmm2。
接下来通过扫描电子显微镜,观察一下侧面,更能看出立体堆叠的精妙。
这张图似乎看不到任何字线层的穿孔。
放大一些,看左边,就是堆叠阵列。字线中间填充的是钨(白条)。
继续放大,可以清楚地看到位线。数一数共有38个堆叠层,包括32个字线、4个虚拟字线、顶部和底部的开关晶体管。
材料分析还在进行中,猜测三个互联层分别是钨、铜、铝,就像三星其他很多存储芯片。