深入剖析Hynix最新72L 3D NAND
2018-06-12 10:26:35 eettaiwan拆解分析機(jī)構(gòu)TechInsights的分析師探索了第四代3D快閃存儲器芯片──海力士(SK Hynix)的256-Gbit 72層TLC NAND，指該芯片具備市場上最高閘極堆疊的產(chǎn)品。
在SK Hynix的72層(72L) TLC NAND快閃存儲器中，所謂的P-BiCS (Pipe-shaped Bit Cost Scalable)單元，是利用管線式(pipe)閘極連結(jié)每一個(gè)NAND字串(NAND string )；從其布局可見，該芯片包含4個(gè)平面(plane)以及雙面字元線開關(guān)/解碼器(two-sided wordline switches/decoders)。
該存儲器陣列的效率約57%，是因?yàn)橄鄬^大的存儲器與其他周邊；而SK Hynix的36L與48L產(chǎn)品存儲器陣列效率則分別為67.5%與64.0%。此趨勢顯示SK Hynix應(yīng)該會為下一代芯片開發(fā)尺寸更小巧的設(shè)計(jì)。
三星(Samsung)以及東芝/WD (Toshiba/Western Digital)的64L 3D TLC NANS裸晶，有超過65%的存儲器陣列效率；不過以上的存儲器芯片尺寸以及功能則都差不多。
各家64L與72L 3D NAND快閃存儲器單元陣列效率比較
（來源：TechInsights）
SK Hynix 72L NAND快閃存儲器的位元密度為3.55 Gbits/mm 2，高于Samsung/WD之64L芯片；而美光/英特爾(Micron/Intel)的64L 3D NAND芯片是4種解決方案中位元密度最高的，主要是因?yàn)椴捎妹麨镃uA (CMOS under the array)的獨(dú)特磚式(title)布局。
64L與72L 3D NAND存儲器芯片位元密度比較
（來源：TechInsights）
在3D NAND存儲器單元架構(gòu)方面，SK Hynix芯片堆疊了總共82個(gè)閘極，包括選擇器(selector)與虛設(shè)字元線(dummy wordlines，DWL)；我們知道有72個(gè)閘極是用于主動字元線單元，而最上方的三個(gè)閘極則是用于源極與汲極的選擇器閘極(selector gates，SG)，剩余的7個(gè)閘極應(yīng)該是用于DWL以及隔離閘極(isolation gates)。
在各家廠商的64L NAND元件中我們看到：
Samsung采用了總數(shù)71個(gè)閘極，其中有3個(gè)用于SG，4個(gè)用于DWL；
Toshiba/WD產(chǎn)品的閘極總數(shù)為73個(gè)，其中7個(gè)用于SG，2個(gè)用于DWL；
Micron/Intel產(chǎn)品的閘極總數(shù)為76個(gè)，其中2個(gè)用于SG，7個(gè)用于DWL。
垂直單元效率計(jì)算方法，是主動字元線的數(shù)量除以垂直堆疊閘極的總數(shù)；其結(jié)果就是該3D NAND存儲器單元架構(gòu)的流程效率。SK Hynix 72L產(chǎn)品的垂直單元效率為87.8%，Toshiba/WD的64L BiCS產(chǎn)品也是一樣；Samsung的64L產(chǎn)品效率則為90.1%，而Micron/Intel的64L產(chǎn)品效率則為84.2%，如下圖所示。
64L與72L 3D NAND存儲器產(chǎn)品的垂直單元效率
（來源：TechInsights）
SK Hynix先前的36L與48L產(chǎn)品是采用單步驟蝕刻制程來制作分別為43個(gè)與55個(gè)閘極總數(shù)的通道電洞(channel holes)；新一代的72L存儲器單元?jiǎng)t是采用兩步驟蝕刻制程來制作通到電洞。在管線閘極上，較低的42個(gè)閘極以及較上方的40個(gè)閘極，分別是以兩個(gè)不同的蝕刻步驟形成。而狹縫(slits)與子狹縫(sub-slits)則是以單步驟蝕刻形成，制程整合程序如下：
管線閘極鑄模成形(下方部位)
通道蝕刻(下方部位)
犧牲層填入電洞；
鑄模成形(上方部位)；
通道蝕刻(上方部位)；
犧牲層移除；
通道成形。
Micron/Intel的64L產(chǎn)品采用雙堆疊NAND字串架構(gòu)，在上部與下部堆疊之間有一個(gè)平板(plate)；而SK Hynix的72L產(chǎn)品則是采用兩步驟蝕刻制程，而非雙堆疊NAND字串，工程師必須要嚴(yán)密控制制程步驟，以避免上下部位的通道電洞未對齊；該電洞的尺寸在256 Gbit 72L產(chǎn)品約只有10納米。
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