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技术之美：三星3D闪存的堆叠揭秘
发布时间：2014年08月28日 15:15:48 三星 人已围观
简介三星已成功推出两代独特的3D立体堆叠V-NAND闪存。这一技术突破在微观半导体层面并不简单，远非简单的叠加结构。尽管三星之前发布了大量V-NAND的技术信息，但其具体实施细节仍引发关...
三星已成功推出了两代3D立体堆叠的V-NAND闪存，技术独树一帜，那么三星究竟是如何实现这一成就的呢？在微观半导体的世界里，立体堆叠技术的复杂程度超出了简单的积木拼搭。
尽管三星之前提供了大量关于V-NAND的技术资料，但那些内容多为表面介绍，而ChipWorks则深入挖掘了其中的核心技术。
闪存技术可以追溯到1971年，在接下来的35年中一直使用浮动栅极，之后转向电荷捕获技术。而三星的突破则在于将存储电荷的氮化硅层（称为SONOS单元——Si/SiO/SiN/SiO/Si）竖立起来，利用多晶硅圆柱作为基础，其他层围绕这个柱体进行排列。
在这个结构中，字线（wordline）变成了水平层，而位线（bitline）则连接在多晶硅圆柱的顶部，选择栅极通过顶部和底部的导电层形成。
三星表示，钨被替换为金属栅极，构成了24层字线、2层虚拟字线和2层开关栅极，共计28层设计。
图中显示的阻隔层（blocking layer）位于金属栅极与氮化硅之间，表明电容耦合层采用了高K电介质，而非传统氧化物。
V-NAND等立体堆叠技术面临的最大挑战在于如何对各种层进行蚀刻，以及为氮化硅圆柱通道开孔、分割字线的开槽、进行字线的穿孔等操作……实际上，这种堆叠结构涉及到大量的蚀刻工作。
然而，既然已成功推出第二代产品，这说明三星已解决了这些难题。
接下来，咱们来深入了解芯片内部的结构。
这是V-NAND的裸片照片，表面看似普通，但左侧部分值得关注。
这是裸片上的标记：结尾的A表示第二代，DG通常代表容量为128Gb，但实际容量约为86Gb（在128GB的固态硬盘中有12片这样的裸片）。
三星在国际固态电路会议上描述的128Gb裸片，面积约为133平方毫米，但这里的面积仅为85平方毫米，从而使存储密度从0.96Gb/mm2提升至0.99Gb/mm2。
接下来，借助扫描电子显微镜观察侧面，更能揭示立体堆叠的巧妙设计。
从这张图中似乎看不到任何字线层的穿孔。
放大来看，左侧数据则展示了堆叠阵列，字线中间填充的材料为钨（白条）。