3D NAND原廠垂直單元效率對比，哪家儲存效率更高？ https://www.icsmart.cn/78902/ 近日市場研究機構Techinsights對於三星、SK海力士/Solidigm、美光、KIOXIA/WD、YMTC 的200層以上的3D NAND Flash進行了對比分析，發現三星的垂直單元效率 (VCE， vertical cell efficiency) 是最高的。 傳統的NAND快閃記憶體單元採用平面電晶體結構，包括控制柵極（Control Gate）和浮動 柵極（Float Gate）。通過向單元施加電壓，電子在浮動柵極中儲存和移除。 https://i.imgur.com/sCaegjK.jpg 多年來，供應商將平面 NAND 的單元尺寸從 120nm 縮小到 1xnm 節點，使容量增加了 100 倍。然而，當單元尺寸達到了 14nm 的極限，這意味著該技術不再可擴展，由此 NAND原廠紛紛轉向3D NAND，以實現超過 2D NAND 結構的資料密度，並能夠在更新一代的 技術節點上製造。 具體來說，平面 NAND 由帶有儲存單元的水平串組成。而在 3D NAND 中，儲存單元串被 拉伸、摺疊並以“U 形”結構垂直豎立。實際上，這些單元以垂直方式堆疊以縮放密度。 因此，3D NAND儲存單元有多個層級。 https://i.imgur.com/SPBso7E.jpg 3D NAND的層數描述了堆疊在一起的字線（Word Line）數量。在這些字線層上切出一個垂 直柱，柱子與每條字線的交點代表一個物理單元。也就是說，每個 3D NAND 儲存單元都 類似於一個微小的圓柱形結構。每個微小單元由中間的垂直通道和結構內部的電荷層組成 ，通過施加電壓，電子可以進出絕緣電荷儲存膜，然後讀取訊號。 平面 NAND 在每個節點上都減小了單元尺寸，而 3D NAND 則採用了更寬鬆的工藝，大約 在 30nm 到 50nm 之間。3D NAND 記憶體容量的擴展主要是通過新增垂直層來實現的，在 這種3D NAND結構中，單元密度會隨著堆疊中層數的增加而增加。然後，每隔一到兩年， 供應商就會從一代技術遷移到下一代技術。 根據研究資料顯示，供應商平均每代 3D NAND 都會增加 30% 至 50% 的層數。而每一代 新的晶片將會增加 10% 至 15% 的晶圓成本。這也使得NAND 的每bit成本能夠平均以每年 約20%幅度降低。 現在，超過200層的TLC NAND 產品已經逐漸成為主流，比如三星236層NAND 、SK 海力士 238層NAND、美光 232層NAND 、YMTC 232層NAND。此外還有一些接近200層的廠商，比如 鎧俠（KIOXIA）和西部資料的 112層/162層NAND 和 Solidigm 的 144層/ 192層 (FG) NAND。 https://i.imgur.com/OpFdFIK.jpg △Techinsights從 SK 海力士 2TB SSD PC811 HFS002TEM9X152N (裝置： H25T3TDG8C-X682) 中提取了 SK 海力士 238L 512 Gb 3D NAND 晶片，該晶片尺寸為 34.56mm2 ，位密度為 14.81 Gb/mm2 。 談到 3D NAND 單元效率，垂直單元效率 (VCE，vertical cell efficiency) 對於 NAND 單元工藝、設計、整合和裝置操作而言非常重要。 隨著堆疊的總柵極數量的增加，單元 VC（vertical cell）孔高度也會增加。為了降低 VC 高度和縱橫比，其中一種方法是通過減少虛擬柵極（dummy gates）、通過柵極（ passing gates）和選擇柵極（select gates）的數量來提高垂直單元效率。垂直單元效 率可以用總柵極中active cell 的百分比來定義，也就是用active WL （Word Line）除 以整合的總柵極數來計算。垂直單元效率越高，工藝整合度越高，縱橫比越低，整體效率 越高。 https://i.imgur.com/z7w5Suh.jpg https://i.imgur.com/HqPUK1Q.jpg VCE可定義為活躍單元佔總柵極的比例，即Active WL 數量除以總整合柵極數量×100%。 例如，一個NAND串由Active WL、通道WL（含dummy WL）和選擇器（源極/漏極）組成。若 其包含96個Active WL和總計115個柵極，則VCE為83.5%，計算方法為96/115×100%。VCE 越高，對工藝整合越有利，能實現更低的縱橫比和更高的生產效率。 Techinsights發現，在多代 3D NAND 產品中，三星始終以最高的垂直單元效率領跑行業 。他們最新的多層V-NAND 在前幾代以高效著稱的基礎上，擁有令人印象深刻的垂直單元 效率。美光和YMTC也在其產品中展示了強勁的垂直單元效率資料，這反映出它們在減少虛 擬柵極、通過柵極和選擇柵極數量方面取得了顯著進步，從而最佳化了垂直單元效率。 https://i.imgur.com/hyM6iWx.jpg △3D NAND 垂直單元效率趨勢 總結來看，三星每一代產品的VCE都是最高的，比如採用單層結構的128層是94.1%，176層 COP V-NAND是92.1%，236層2nd COP V-NAND是94.8% 。YMTC的232層Xtacking 3.0的VCE是 91.7%，美光232層是91%。KIOXIA 162層的VCE稍低一些，為88%。SK海力士238層共有259 個門，VCE為91.9%，仍然低於三星的236L。 ------------------------------------------------------------------------------ 看來3D NAND還是三星第一 3D NAND 200層以上的垂直單元效率三星94.8%第一斷層式領先 其他都是91%左右 KIOXIA(最高只有162層)最爛只有88% 三星今年4月時宣布量產第九代V-NAND 290層 計畫明年下半年推出第十代V-NAND 430層 --

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