本帖最後由 ADee 於 10-06-28 11:09 編輯
就在主要 NAND 快閃記憶體製造商竭力朝2x-nm甚至1x-nm製程世代邁
進，以期延續既有 NAND Flash 技術壽命之際，旺宏(MXIC)提出的 3D
NAND Flash 架構為未來3~5年該領域的進展投下了變數。 旺宏運用自行
研發的BE-SONOS (barrier engineering) charge-trapping技術，搭配
三維垂直閘極 (3D vertical gate, 3D VG) 記憶體單元結構，為3D
NAND Flash提供了進一步微縮尺寸及提升效能的解決方案。 NAND
Flash平均每12~15個月即跨越一個製程世代，速度遠快於摩爾定律的18
個月。自今年第一季開始，包括IMFT和Samsung都宣告已邁入2x-nm製
程世代。然而，目前採用平面(planar)技術的2D NAND Flash卻不斷地
面臨製程微縮所帶來的各種挑戰。 “首當其衝的是可靠性問題，”旺宏電
子總經理盧志遠指出，當記憶體單元尺寸不斷微縮之際，能夠容納的電子
數量也隨之減少，這很容易提供電子漏失的比率，導致可靠性降低。例
如，“在大約50nm製程世代，記憶體單元內的電子數量還能維持在100多
個，但當微縮到1x-nm左右時，電子數可能會降到10個左右了。” 因此，
無論是每單元3位元，或是每單元4位元，這些跟隨製程微縮所發展出來的
提高記憶體容量的架構都存在著可靠性問題，最多只能應用在一些消費裝
置上，盧志遠說。 不久前，業界普遍認為NAND Flash會在2x-nm遭遇瓶
頸。但隨著該領域主導廠商陸續宣佈導入2x-nm製程，目前業界認為
10nm很有可能成為NAND Flash的微縮極限。這也激起了廠商開發可實
現更大容量3D記憶體技術的興趣。旺宏電子的3D VG (Virtical Gate)
NAND架構便是其中一種。 旺宏目前開發出的3D NAND Flash，是採用
75奈米 BE-SONOS charge-trapping技術，透過組合8層結構單元，將
每個單元記憶體(cell size)面積縮小至 0.0014 (μm)2，幾乎相等於採用
25nm製程的浮閘(floating gate) NAND元件。 “從成本角度來看，我
們的3D NAND Flash採用的是既有的75nm設備及技術，相較之下，會比
採用最先進25nm製程的元件更便宜，”盧志遠表示。 旺宏3D VG NAND
架構的另一項創新之處，在於它消除了晶粒堆疊架構中最常見的干擾問
題。除了旺宏的3D VG外，3D記憶體技術還包括P-BiCS(Pipe-shaped
Bit Cost Scalable), TCAT(Terabit Cell Array Transistor)及VSAT
(Vertical Stacked Array Transistor)等。然而，在3D結構下，鄰近記
憶體單元間的相互干擾一直是潛在問題，特別是垂直方向的干擾。 目前，
幾乎所有3D記憶體架構的電流都是垂直流動或呈U型流動，層與層之間的
記憶體晶粒很容易產生相互干擾(Z-Interference)。而旺宏的3D VG架構
採用三平面相交成一點，以決定記憶體位置。3D VG架構中的電流是沿Y
軸水平流動，消除了記憶體晶粒間的電流干擾問題、減小記憶體厚度、增
加層數，進而可提升記憶體密度，並具有較好的讀取電流以及多位元記憶
能力。 >
旺宏的3D VG NAND架構。
盧志遠表示，其BE-SONOS技術加上3D VG架構，為下世代大容量
NAND Flash提出了一條更經濟、更有效益的發展途徑。“現有的浮閘技
術無法再適用於發展3D NAND了，因為該架構是將電荷儲存在浮閘中，而
浮閘本身為導體，為防止電荷流動，每個浮閘都必須絕緣，這使其不利於
發展3D堆疊。而SONOS本身即為絕緣體和電荷儲存所，在發展3D記憶體
時可以簡化許多開發步驟。” 據國際半導體發展藍圖(ITRS)預估，2014
年起，NAND Flash將面臨根本性的技術革新──單元架構將從浮閘逐步過
渡到電荷擷取(CT)和3D，以便讓NAND Flash持續微縮。 目前旺宏所展
示的8層75nm 3D VG NAND Flash採用一體成形製造法。傳統單晶片重
複式堆疊(monolithic)技術每堆疊一層即需要5~8層光罩，成本驚人。而
所謂一體成形製造法是在第一層NAND上使用27道光罩，但隨後連續成長
8層後，便只需一道光罩。該方法在2007年由東芝提出，其Bit Cost
scalable (BiCS) TFT SONOS便是採用這種技術。目前，三星
(Samsung)的TACT、VSAT；東芝的P-BiCS和旺宏的VG，都屬於一體成
形3D記憶體技術，預計可大幅削減生產成本。 旺宏尚未宣佈將涉足
NAND Flash市場。儘表示未來會視市場需求決定是否生產或是尋求合作
夥伴。 旺宏的3D記憶體論文已獲VLSI大會評選為2010年八篇重要焦點論
文(Highlight Paper)之一，並受邀於VLSI大會中展現該項成果。