三星48层3D V-NAND闪存技术揭秘

　　三星已经连续推出两代立体堆叠3D闪存，分别有24层、32层，并已用于850 EVO、850 Pro等多款固态硬盘产品，2015年8月正式量产首款可应用于固态硬盘（SSD）中的48层3bit MLC 256Gb 3D V-NAND闪存芯片。目前备受瞩目的三星48层V-NAND 3D快闪存储器已经出现在市场上了，TechInsights的拆解团队总算等到了大好机会先睹为快。

　　三星（Samsung）早在2015年8月就发布其256Gb的3位元多级单元（MLC） 3D V-NAND快闪存储器K9AFGY8S0M，并强调将用于各种固态硬碟（SSD），也预计会在2016年初正式上市。这些承诺如今真的实现了，我们得以 在其2TB容量的T3系列mSATA可携式SSD中发现其踪影（如图1）。

　　

　　图1：三星T3 2TB SSD

　　根据TechInsights的拆解，我们在这个SSD上发现了内含4个0.5TB容量K9DUB8S7M封装的双面电路板（如图2）。每一封装中包含的就是我们正想探索的16个48L V-NAND晶粒。

　　

　　图2：三星T3系列2TB SSD正面和背面电路板

　　图 3显示这16颗晶粒相互堆叠以及采用传统线键合技术连接的封装横截面。这些晶片的厚度仅40um，着实令人眼睛为之一亮，这或许是我们所见过的封装中最薄 的晶片了。相形之下，我们在2014年拆解三星32L N-NAND中的晶粒约为110um，封装约堆叠4个晶片的高度。

　　我们还看过其它较薄的存储器晶片，包括海力士（Hynix）用于超微（AMD） R9 Fury X绘图卡的HBM1存储器，厚度约为50um，以及在三星以矽穿孔（TSV）互连4个堆叠晶片的DDR4，其中有些DRAM晶粒的厚度约为55um。

　　因此，40um真的是超薄！而且可能逼近于300mm直径晶圆在无需使用承载晶圆（carrier wafer）所能实现的最薄极限。这实在令人印象深刻。

　　

　　图3：16个相互堆叠的三星48L V-NAND

　　图 4显示其中的一个256Gb晶粒，压缩了2个5.9mm x 5.9mm的较大NAND快闪存储器组（bank）。我们可以将整个晶片区域划分为大约2，600Mb/mm2的存储器大小，计算出存储器密度总量。相形 之下，三星16nm节点的平面NAND快闪存储器测量约为740MB/mm2。所以，尽管V-NAND采用较大的制程节点（~21nm vs. 16nm），其存储器密度几乎是16nm平面NAND快闪存储器的3.5倍（见表1）。

　　

　　图4：三星256GB的V-NAND——K9AFGD8U0M

　　

　　表1：平面与V-NAND的密度比较

　　我 们的48L V-NAND分析才刚刚开始。图5是从存储器阵列部份撷取的SEM横截面，可以看到在此堆叠中有55个闸极层：48个NAND单元层、4个虚拟闸极、2个 SSL和1个GSL。在2个V-NAND串联（string）中，分别都有一个由电荷撷取层和金属闸极围绕的多晶矽环，可在高钨填充的源极触点之间看到。

　　

　　图5：48L V-NAND阵列的SEM横截面