以后3D NAND要堆多少层?

一直对3D NAND要堆多少层有执念,或许和痴迷过叠大楼游戏有关,即便是简单的叠高楼游戏,也很考验人的耐心和定力,堆叠更是一门技术活了。事实上,闪存发展史从堆叠角度也可以看到一些变化:从1967年浮栅MOSFET出现到2008年,闪存都是基于2D NAND,2008年,东芝开发了3D NAND结构的BICS,2013年,三星正式推出24层3D V-NAND,并在FMS上展示了1TB SSD,平房变高楼,此刻,属于3D NAND的“叠叠乐”时代才正式开始。

从最初的24层开始,到32层,再到64层,大约经过三四年时间,2017年前后,96层NAND开始出现,之后进入百层时代,128层、144层、212层、238层…到2023年,一些厂商都要卷300层+了,但这个300层是不是真正的300层其实不一定。

在这场3D NAND技术竞赛里,堆叠层数被视为其中一个制高点。大家堆得层数越来越高,方法却不尽相同。目前市场上有两种堆叠方式:字符串堆叠( String stack)和单一堆叠(Single stack)。

单一堆叠(Single stack)相当于原生垂直堆叠1xx+,仅一道工序,有成本优势。但制程复杂度随层数攀升不断加大,蚀刻和沉积最终可能导致裸片良品率下降,包括交叠层厚薄不均、蚀刻不彻底(打孔未到达底部)、弯曲、扭曲及线宽变化。还有其间电子垂直通过的迁移率也在随层数增加而更加不可控。

而字符串堆叠( String stack,目前主要指双层堆叠),制程复杂度相对较低,只要拥有48层或者64层技术,那么就可以实现96(2*48)层、128(2*64)层,还降低了打孔的蚀刻深度,良品率不会受到影响,但需要两道工序,会增加30%+的成本。

另外还有长江存储,另辟蹊径的Xstacking技术,是一种晶圆键合(Wafer bonding)而非堆栈方式。一片晶圆上加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路,另一片晶圆上加工存储单元,最终通过数百万根金属VIA(垂直互联通道)将二者键合接通电路。近年来也有其他厂商开始使用类似的方式。

当然,大家为了追求更高层数,很更倾向于字符串堆叠,推出速度快,容量更大,层数还高。

如今随着AI、5G、物联网等新兴技术的发展,我们对高容量、高性能存储需求激增,会推动3D NAND层数继续增加。

未来几年,在出现可替代的存储新介质之前,3D NAND的堆叠层数应该还会继续攀升,400层甚至更高层的3D NAND可能成为出现,而混合使用字符串堆叠和晶圆键合技术,进一步提升存储容量和性能也将继续。

8月28日,全球闪存峰会将在南京召开,大会也将共同探讨3D NAND技术的发展趋势与未来走向,期待大家的积极参与,共同推动闪存技术的蓬勃发展。