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技术美学!三星3D闪存竟是这么堆起来的
作者: 驱动之家 2014-08-28 16:04 【chipworks】

三星已经连续推出了两代3D立体堆叠的V-NAND闪存,业内独一无二,那么三星究竟是怎么做到的呢?要知道,在微观半导体层面,立体堆叠可不是搭积木。

虽然三星之前也公布过大量V-NAND的技术资料,但都是表层的,ChipWorks则带我们进入了底层。

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闪存技术可以追溯到1971年,此后长达35年的时间里一直都在使用浮动栅极,后来换成了电荷捕获,而三星没有做本质上的变革,主要是将存储电荷的氮化硅层(也叫做SONOS单元——Si/SiO/SiN/SiO/Si)给立了起来,使用多晶硅圆柱体作为衬底,将其他层环绕在这个中心圆柱上。

技术美学!三星3D闪存竟是这么堆起来的

字线(wordline)就成了水平层,位线(bitline)连接在多晶硅圆柱体的顶部,选择栅极通过顶部和地步的导电层形成。

三星说是用钨取代了金属栅极,24个字线层、2个虚拟字线层、2个开关栅极一共28层。

图中还可以看到一个阻隔层(blocking layer),位于金属栅极和氮化硅之间,表明电容耦合层至少使用了高K电介质,而不是传统的氧化物。

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V-NAND之类的立体堆叠最大挑战就是如何蚀刻各种不同的层、为氮化硅圆柱通道蚀刻孔洞、分割字线的开槽、下达字线的穿孔……事实上,整个堆叠就是巨大的、无数的蚀刻问题。

但是现在既然有了第二代成品,说明三星已经解决了这些麻烦。

接下来就往芯片里边看吧。

技术美学!三星3D闪存竟是这么堆起来的

这是V-NAND的裸片照片,似乎没什么很特殊的,但是注意左侧。

技术美学!三星3D闪存竟是这么堆起来的

这是裸片上的标记:末尾的A代表第二代,DG通常代表容量128Gb,不过这里是大约86Gb(128GB固态硬盘里有12个这种裸片)。

三星在国际固态电路会议上描述的是一个128Gb裸片,面积约133平方毫米,而这里的面积只有85平方毫米,也就是存储密度从0.96Gb/mm2提高到了0.99Gb/mm2。

接下来通过扫描电子显微镜,观察一下侧面,更能看出立体堆叠的精妙。

技术美学!三星3D闪存竟是这么堆起来的

这张图似乎看不到任何字线层的穿孔。

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放大一些,看左边,就是堆叠阵列。字线中间填充的是钨(白条)。

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继续放大,可以清楚地看到位线。数一数共有38个堆叠层,包括32个字线、4个虚拟字线、顶部和底部的开关晶体管。

材料分析还在进行中,猜测三个互联层分别是钨、铜、铝,就像三星其他很多存储芯片。


标签:固态硬盘 PCIe闪存 

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