NAND Flash实现技术创新，即将跨入128层时代

（文章来源：EDA365网）

日前，美光发布第二季度财报，其在电话会议中美光透露，即将开始批量生产其基于公司新的RG（replacement gate）架构的第四代3D NAND存储设备。至此，美光，东芝，SK海力士和三星都已正式挺进128层，甚至更高层级，存储大厂们已经为3D NAND的堆叠层数而疯狂。

市场需求无疑是最大的驱动力，随着5G及物联网技术的发展，数据正呈现出爆炸式的增长，由此对于存储的需求也越来越大。

此前的闪存多属于平面闪存 (Planar NAND)，我们一般称之为“2D NAND”。巨大需求推动下的2D NAND 工艺不断发展，向1znm（12-15nm）逼近， 平面微缩工艺的难度越来越大，接近物理极限，但尽管如此，存储密度也很难突破128GB容量。并且带来的成本优势开始减弱，有资料指出，16nm制程后，继续采用2D 微缩工艺的难度和成本已超过3D技术，因此各存储大厂都在积极推出3D NAND。

3D NAND，简单来说，就是通过die堆叠技术，加大单位面积内晶体管数量的增长。有资料称，3D NAND比2D NAND具有更高的存储容量，若采用48层TLC 堆叠技术，存储密度可提升至256GB，轻松突破了平面2D NAND 128GB 的存储密度极限值。

同时还具有更高的可靠性，NAND闪存一直有着电荷之间电场干扰问题,导致需要flash control芯片透过复杂的算法来防止和纠正这么干扰带来的错误,最后拖累了资料的传输速度。透过3D堆叠技术，单位储存空间变大，电荷间的电场干扰降低，大幅提升了产品的可靠性，也因资料错误降低，不仅提升了资料的传输速率，更因简化了纠错算法，进而降低了功耗，一举数得。进一步凸显了成本效益。

在主要的NAND厂商中，三星于2013年8月就已经宣布进入3D NAND量产阶段，2014 年第 1 季正式于西安工厂投产。其他几家公司在3D NAND闪存量产上要落后三星至少2年时间。东芝、美光、SK海力士2015年正式推出3D NAND闪存。Intel 2016年4月初才发布了首款3D NAND闪存的SSD，不过主要是面向企业级市场的。在这些存储大厂的推动下，NAND Flash正在快速由2D NAND向3D NAND普及。

2019年Q3度全球NAND闪存市场明显复苏，三星、铠侠(原东芝存储)、美光等主要存储厂商的出货量均有较大幅度增长。据DRAMeXchange数据显示，2019年Q4季度全球NAND闪存市场营收125.46亿美元，环比增长8.5%，位元出货量增长10%左右，合约价也由跌转涨。

技术升级一向是存储芯片公司间竞争的主要策略。随着存储市场由弱转强，处于新旧转换的节点，各大厂商纷纷加大新技术工艺的推进力度，加快从64层3D NAND向96层3D NAND过渡，同时推进下一代128层3D NAND技术发展进程，以期在新一轮市场竞争中占据有利位置。

如前文所言，3D NAND主要依靠die堆叠，采用这种方式可以使得每颗芯片的储存容量可以显著增加，而不必增加芯片面积或者缩小单元，使用3D NAND可以实现更大的结构和单元间隙，这有利于增加产品的耐用性。因此想要增加存储空间就需要不断的增加堆叠层数，这也就是为什么先进存储厂商一直想要追求更多堆叠层数的原因。

在发展3D NAND的过程中，这些厂商通常采用两种不同的存储技术：电荷撷取技术(CTF, Charge Trap Flash)和浮栅(FG, Floating Gate)技术。CSDN博主“古猫先生”指出，这两种技术没有好坏之分，应该是各有千秋。CTF电荷撷取技术实现原理和过程更加简单，有利于加快产品进程。此外，电荷存储在绝缘层比存储在导体浮栅中更加的可靠。

FG浮栅技术从2D NAND开始已经很成熟。另外，采用FG浮栅技术的3D NAND的存储单元相互独立，而采用CTF电荷撷取技术的3D NAND的存储单元是连接在一起的。这样的话，FG浮栅技术的存储过程更具操作性。
（责任编辑：fqj）