长江存储3D NAND闪存堆栈结构Xtacking，获得了“最佳展示奖”

今年的智能手机存储容量越来越大，6+128GB几乎是主流配置了，但在存储D芯片中国依然依赖进口，2017年国内进口了价值897亿美元的存储芯片，而全球存储芯片的产值也不过1300多亿元。现在国内已经有三大集团投入存储芯片研发、生产中，其中紫光集团旗下的长江存储公司目前主攻NAND闪存，在上周的FMS 2018国际闪存会议上，长江存储CEO杨士宁也发表了主题演讲，介绍了他们研发多年的3D NAND闪存堆栈结构Xtacking，并获得了“最佳展示奖”（Best of Show）。

图：长江存储的长江存储Xtacking获得了最佳展示奖

与国外的NAND闪存技术相比，国内无疑是落后的，目前长江存储展示的3D NAND闪存虽然还是32层堆栈的，明年才会量产64层堆栈的，而FMS上三星、美光、东芝等公司宣布今年推96层的3D NAND，但长江存储研发的3D NAND闪存技术起点并不低，Xtacking展示的技术路线跟东芝、SK Hynix展示的路线相近，都在探讨下一代3D NAND的堆栈结构了。

日本PC Watch网站日前刊发了长江存储CEO杨士宁博士在FMS会议上的演讲，我们之前也做过简单的报道，这次他们的介绍更加详细，我们可以一窥长江存储的3D NAND闪存现在到底进行到那一步了。

图：杨士宁博士的演讲题目

关于长江存储，官网资料如下：

长江存储科技有限责任公司（长江存储）是一家集芯片设计、工艺研发、晶圆生产与测试、销售服务于一体的半导体存储器企业。长江存储为全球客户提供先进的存储产品和解决方案，广泛应用在移动通信，计算机，数据中心和消费电子等领域。

长江存储由紫光集团，国家集成电路产业投资基金，湖北地方集成电路基金，湖北科投联合投资240亿美元，于2016年7月正式成立。长江存储是紫光集团从“芯”到“云”生态产业链不可或缺的重要组成部分 。

秉承对存储技术的专注和创新精神，长江存储现已在武汉，北京，上海，硅谷均设有研发基地。长江存储以武汉新芯现有的12英寸先进集成电路技术研发与生产制造能力为基础，采取自主研发与国际合作双轮驱动的方式，已于2017年研制成功了中国第一颗3D NAND闪存芯片，填补了国内空白，并力争成为世界一流的3D NAND闪存产品供应商。

2016年12月，以长江存储为主体的国家存储器基地正式开工建设，其中包括3座全球单座洁净面积最大的3D NAND Flash FAB厂房、1座总部研发大楼和其他若干配套建筑，核心厂区占地面积约1717亩，预计项目建成后总产能将达到30万片/月，2023年年产值达1000亿人民币。

图：长江存储有10多年的存储芯片研发经验

长江存储的前身是武汉新芯科技，他们是国内主要的存储芯片研发、生产公司，2006年就开始建设厂商，2008年首款晶圆流片，2010年推出了65nm工艺的NOR闪存，2012年推出了45nm工艺的NOR闪存，还生产BSI背照式CIS图像传感器。

2014年新芯科技开始研发NAND闪存，2015年完成了9层堆栈的NAND芯片验证，2016年推出了32层堆栈的测试芯片，2017年开始32层堆栈3D NAND的验证，今年完成了32层堆栈64Gb核心容量的3D NAND闪存的ES样品测试，下一步就是64层堆栈3D NAND闪存了，这个计划明年量产。

研发3D NAND的过程中，长江存储投入了10亿美元资金及1000多名工程师，累积了500多项IP产权。

图：长江存储的厂房建设

这两年中除了技术研发，长江存储主要的精力还是投资240亿美元建设最大的3D NAND生产车间，截至今年7月份厂房的建设工作基本完毕了，今年底开始量产。

在这次的FMS会议上，长江存储展示了名为Xtacking的3D NAND堆栈结构，相比传统闪存它至少具备三大优势。首先是极高的I/O速度，之前长江存储的官方新闻就提到了Xtacking堆栈的I/O速度堪比DDR4内存，具体来说就是Xtacking的I/O速度可达3Gbps，这个性能确实能达到DDR4内存的水平，而目前的Toggle/oNFI接口闪存I/O接口速度普遍在1Gbps左右，不超过1.4Gbps。

原文没提到的是，长江存储强调他们的Xtacking堆栈可以做到3Gbps的接口速度，但是实际使用多高频率的速度要看市场需求及客户要求，而明年的64层3D NAND闪存会用Xtacking技术做下上两层，独立开发和粘合，也就是说明年的64层闪存会应用部分Xtacking结构。

长江存储Xtacking堆栈技术的第二个优点是可以减少芯片面积，看上图所示，传统64层堆栈3D NAND闪存的外围芯片跟NAND Cell单元是比列的，这会占用额外的芯片面积，Xtacking结构将外围芯片变成了垂直排列，减少了面积占用。

根据长江存储所说，传统3D NAND闪存中，外围芯片占用的面积约为30-40%，随着堆栈层数提升到128层或者更高，外围芯片占据的面积比例可能达到50%以上，而Xtacking结构闪存可以实现比传统NAND闪存更高的密度。

Xtacking结构闪存第三个优点是开发衍生品更容易，官方所说的是Xtacking实现了并行的、模块化的产品设计及制造，产品开发时间可缩短三个月，生产周期可缩短20%，从而大幅缩短3D NAND产品的上市时间。此外，这种模块化的方式也为引入NAND外围电路的创新功能以实现NAND闪存的定制化提供了可能。

图：长江存储Xtacking结构的电子显微镜剖面图

原文最后一点提到了长江存储Xtacking闪存的产能及可靠性，随着时间的推移，SLC类型的良率会不断提升。此外，在P/E寿命方面，长江存储演示的MLC类型的闪存，P/E次数超过了3000次。