深入剖析SK海力士最新72層3D NAND
拆解分析機構(gòu)TechInsights的分析師探索了第四代3D閃存芯片──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棧的產(chǎn)品。
在SK Hynix的72層(72L) TLC NAND閃存中，所謂的P-BiCS (Pipe-shaped Bit Cost Scalable)單元，是利用管線式(pipe)閘極鏈接每一個NAND字符串(NAND string);從其布局可見，該芯片包含4個平面(plane)以及雙面字符線開關(guān)/譯碼器(two-sided wordline switches/decoders)。
該內(nèi)存數(shù)組的效率約57%，是因為相對較大的內(nèi)存與其他周邊;而SK Hynix的36L與48L產(chǎn)品內(nèi)存數(shù)組效率則分別為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。
三星(Samsung)以及東芝/WD (Toshiba/Western Digital)的64L 3D TLC NANS裸晶，有超過65%的內(nèi)存數(shù)組效率;不過以上的內(nèi)存芯片尺寸以及功能則都差不多。
20180612-Figure-2各家64L與72L 3D NAND閃存單元數(shù)組效率比較 (來源：TechInsights)
SK Hynix 72L NAND閃存的位密度為3.55 Gbits/mm2，高于Samsung/WD之64L芯片;而美光/英特爾(Micron/Intel)的64L 3D NAND芯片是4種解決方案中位密度最高的，主要是因為采用名為CuA (CMOS under the array)的獨特磚式(title)布局。 20180612-Figure-364L與72L 3D NAND內(nèi)存芯片位密度比較 (來源：TechInsights)
在3D NAND內(nèi)存單元架構(gòu)方面，SK Hynix芯片堆棧了總共82個閘極，包括選擇器(selector)與虛設(shè)字符線(dummy wordlines，DWL);我們知道有72個閘極是用于主動字符線單元，而最上方的三個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組件中我們看到：
Samsung采用了總數(shù)71個閘極，其中有3個用于SG，4個用于DWL;
Toshiba/WD產(chǎn)品的閘極總數(shù)為73個，其中7個用于SG，2個用于DWL;
Micron/Intel產(chǎn)品的閘極總數(shù)為76個，其中2個用于SG，7個用于DWL。
垂直單元效率計算方法，是主動字符線的數(shù)量除以垂直堆棧閘極的總數(shù);其結(jié)果就是該3D NAND內(nèi)存單元架構(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。
20180612-Figure-464L與72L 3D NAND內(nèi)存產(chǎn)品的垂直單元效率
SK Hynix先前的36L與48L產(chǎn)品是采用單步驟蝕刻工藝來制作分別為43個與55個閘極總數(shù)的通道電洞(channel holes);新一代的72L內(nèi)存單元則是采用兩步驟蝕刻工藝來制作通到電洞。在管線閘極上，較低的42個閘極以及較上方的40個閘極，分別是以兩個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，工藝整合程序如下：
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)品采用雙堆棧NAND字符串架構(gòu)，在上部與下部堆棧之間有一個平板(plate);而SK Hynix的72L產(chǎn)品則是采用兩步驟蝕刻工藝，而非雙堆棧NAND字符串，工程師必須要嚴(yán)密控制工藝步驟，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奈米。更多關(guān)于SK Hynix 72L NAND閃存的分析，請點此連結(jié)閱讀。
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