nand的替代技術(shù)——3d閃存

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1、www.EET-china.comNAND的替代技術(shù)——3D閃存作者：AndrewJ.WalkerSchiltronCorporation傳統(tǒng)的NANDFlash根本不能被視為一種“通用”存儲(chǔ)器。的確，其特殊的線性串列MOSFET存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)限制了它在那些相對(duì)較慢存儲(chǔ)時(shí)間就已經(jīng)足夠好的領(lǐng)域的應(yīng)用。東芝公司(Toshiba)于1988年在國(guó)際電子裝置會(huì)議(InternationalElectronDeviceMeeting)上發(fā)表了有關(guān)NANDFlash的首篇學(xué)術(shù)論文，那時(shí)的NANDFlash是由在兩個(gè)使用1um設(shè)計(jì)原理的存取設(shè)備之間排成一列的8個(gè)浮柵MOSFET

2、組成。從那時(shí)以后我們的技術(shù)一直不斷進(jìn)步。寫這篇文章時(shí)，最先進(jìn)的產(chǎn)品使用的是半節(jié)距約為30nm的裝置。自線性縮放出現(xiàn)20年來(lái)，許多創(chuàng)新一直推動(dòng)著這種技術(shù)的快速發(fā)展。NANDFlash如此流行的原因包括較低的每位成本和個(gè)人存儲(chǔ)需求的顯著上升。NAND的單元尺2寸接近4F（F是該方法的最小形體尺寸）的理論極限。線性串列結(jié)構(gòu)使得節(jié)距可以根據(jù)朝著一個(gè)方向的無(wú)接觸柵間隔與朝著另一方向的無(wú)接觸場(chǎng)氧化間隔確定。隨后兩個(gè)串列間可以共享位線接觸，而且多個(gè)串列可以共享源極。在我寫這篇文章時(shí)，閃存記憶體高峰會(huì)(FlashMemorySummit)剛剛在圣塔克拉拉(SantaClara

3、)閉幕。SanDisk公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官EliHarari在會(huì)上發(fā)表了一些有趣的評(píng)論。除了承認(rèn)該行業(yè)將見(jiàn)證“NAND可微縮性發(fā)展速度的放緩”之外，他還指出3-DFlash是NAND潛在的可行替代技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，“如果材料方面取得突破”，SanDisk和東芝公司共同研究的3-D技術(shù)將能夠取代NAND。此外，他還表示“向3-D技術(shù)過(guò)渡還需要數(shù)年時(shí)間”。因此有何原因3-DFlash被認(rèn)為是NAND潛在的替代技術(shù)呢？又有哪些技術(shù)可以取代NANDFlash的王者地位呢？本文中的第二部分討論了NANDFlash可微縮性發(fā)展速度將會(huì)放緩的原因，并對(duì)NANDFlash的各

4、種潛在替代技術(shù)進(jìn)行了分析。第三部分對(duì)3-DFlash和2-DFlash的成本進(jìn)行了比較。第四部分對(duì)3-D產(chǎn)品的發(fā)展以及標(biāo)準(zhǔn)2-DNANDFlash優(yōu)勢(shì)的逐漸消失進(jìn)行了一些預(yù)測(cè)。NAND可微縮性和3-D技術(shù)KirkPrall在微米(Micron)上的著作是我所知道的探討有關(guān)NAND微縮范圍在30nm以內(nèi)的問(wèn)題的最佳文章。在這篇文章中，他指出浮柵結(jié)構(gòu)是這些問(wèn)題的主要原因。尤其是，浮柵周圍的電容耦合干擾可為任一特定的浮柵帶來(lái)特定模式電壓，這使得在每個(gè)單元存儲(chǔ)多位信息的能力有所降低。隨著可微縮性發(fā)展速度的持續(xù)下降，或許需要利用極端遠(yuǎn)紫外光刻以及它涉及的所有生產(chǎn)架構(gòu)變化

5、，因此經(jīng)濟(jì)因素也是導(dǎo)致NAND可微縮性發(fā)展速度放緩的原因。以下是已經(jīng)提出的向3-DFlash技術(shù)過(guò)渡的多種方法。www.EET-china.comA.電阻變化法這里可分為幾種方法。對(duì)于3-D結(jié)構(gòu)中的最小單元而言，大多數(shù)（如果不是全部）可以遵循從這個(gè)參考書目第28頁(yè)復(fù)制而來(lái)的圖1中所示的方法。請(qǐng)注意導(dǎo)引元件（最可能是一個(gè)二極管），因?yàn)檫@是一個(gè)二端裝置，并且可以在很小的區(qū)域中制造。電阻變化法的第一個(gè)例子是相變存儲(chǔ)器(PhaseChangeMemory,PCM)，該存儲(chǔ)器涉及對(duì)常以Ge2-Sb2-Te5(GST)形式存在的硫?qū)倩镌系氖褂?。可程序化的有阻力狀態(tài)取決

6、于非晶相和（聚乙烯）晶相之間的可逆變化。將低電阻改為高電阻狀態(tài)的復(fù)位電流通常約為幾百μA。圖1這個(gè)類別中的另一種方法涉及對(duì)一些鈣鈦礦原料的使用。對(duì)于PCM方法而言，將狀態(tài)從低電阻改為高電阻似乎至少需要100μA。第三種方法是將純金屬氧化物用作切換材料。正如上文提到的，復(fù)位電流至少需要100μA，盡管最近出現(xiàn)了復(fù)位電流可低于100μA的利好數(shù)據(jù)。還可以通過(guò)其它有趣的方法實(shí)現(xiàn)電阻切換，包括報(bào)導(dǎo)中所使用的編程電流低至1μA的固態(tài)電解質(zhì)。www.EET-china.com有關(guān)切換材料的文獻(xiàn)指出，在實(shí)現(xiàn)高密度3-D技術(shù)之前依然面臨一些挑戰(zhàn)，也就是說(shuō)需要在足夠低的工藝熱預(yù)

7、算中整合高電流驅(qū)動(dòng)導(dǎo)引裝置，并需要將復(fù)位電流降至能夠出現(xiàn)NANDFlash中已經(jīng)存在的大量程序并行的水平。另一項(xiàng)考慮或許就是需要將復(fù)位電流降至能夠?qū)⒕x晶體管整合進(jìn)3-D存儲(chǔ)器的水平。目前基于多晶硅或納米硅的薄膜晶體管技術(shù)不能滿足上述切換材料的現(xiàn)有需求。B.浮柵和采用水平存儲(chǔ)技術(shù)的NAND電荷捕獲閃存存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)3-DFlash技術(shù)的第二大類方法涉及對(duì)一些以串接方式組成的晶體管的使用。最明顯的是對(duì)現(xiàn)有的NAND浮柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆疊。之后它便擁有與普通NAND浮柵相同的橫向可微縮性限制，并預(yù)計(jì)將會(huì)在約30nm的半節(jié)距處遇到相同的困難。迄今為止公布的所有其它3-D串接技

8、術(shù)都涉及對(duì)利用氮化硅來(lái)代替浮柵的電荷捕