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1、www.EET-china.comNAND的替代技術——3D閃存作者：AndrewJ.WalkerSchiltronCorporation傳統(tǒng)的NANDFlash根本不能被視為一種“通用”存儲器。的確，其特殊的線性串列MOSFET存儲器結構限制了它在那些相對較慢存儲時間就已經足夠好的領域的應用。東芝公司(Toshiba)于1988年在國際電子裝置會議(InternationalElectronDeviceMeeting)上發(fā)表了有關NANDFlash的首篇學術論文，那時的NANDFlash是由在兩個使用1um設計原理的存取設備之間排成一列的8個浮柵MOSFET
2、組成。從那時以后我們的技術一直不斷進步。寫這篇文章時，最先進的產品使用的是半節(jié)距約為30nm的裝置。自線性縮放出現(xiàn)20年來，許多創(chuàng)新一直推動著這種技術的快速發(fā)展。NANDFlash如此流行的原因包括較低的每位成本和個人存儲需求的顯著上升。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。線性串列結構使得節(jié)距可以根據朝著一個方向的無接觸柵間隔與朝著另一方向的無接觸場氧化間隔確定。隨后兩個串列間可以共享位線接觸，而且多個串列可以共享源極。在我寫這篇文章時，閃存記憶體高峰會(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在會上發(fā)表了一些有趣的評論。除了承認該行業(yè)將見證“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。具體來說，“如果材料方面取得突破”，SanDisk和東芝公司共同研究的3-D技術將能夠取代NAND。此外，他還表示“向3-D技術過渡還需要數(shù)年時間”。因此有何原因3-DFlash被認為是NAND潛在的替代技術呢？又有哪些技術可以取代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)展速度將會放緩的原因，并對NANDFlash的各
4、種潛在替代技術進行了分析。第三部分對3-DFlash和2-DFlash的成本進行了比較。第四部分對3-D產品的發(fā)展以及標準2-DNANDFlash優(yōu)勢的逐漸消失進行了一些預測。NAND可微縮性和3-D技術KirkPrall在微米(Micron)上的著作是我所知道的探討有關NAND微縮范圍在30nm以內的問題的最佳文章。在這篇文章中，他指出浮柵結構是這些問題的主要原因。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特定模式電壓，這使得在每個單元存儲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紫外光刻以及它涉及的所有生產架構變化
5、，因此經濟因素也是導致NAND可微縮性發(fā)展速度放緩的原因。以下是已經提出的向3-DFlash技術過渡的多種方法。www.EET-china.comA.電阻變化法這里可分為幾種方法。對于3-D結構中的最小單元而言，大多數(shù)（如果不是全部）可以遵循從這個參考書目第28頁復制而來的圖1中所示的方法。請注意導引元件（最可能是一個二極管），因為這是一個二端裝置，并且可以在很小的區(qū)域中制造。電阻變化法的第一個例子是相變存儲器(PhaseChangeMemory,PCM)，該存儲器涉及對常以Ge2-Sb2-Te5(GST)形式存在的硫屬化物原料的使用?？沙绦蚧挠凶枇顟B(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)的復位電流通常約為幾百μA。圖1這個類別中的另一種方法涉及對一些鈣鈦礦原料的使用。對于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，復位電流至少需要100μA，盡管最近出現(xiàn)了復位電流可低于100μA的利好數(shù)據。還可以通過其它有趣的方法實現(xiàn)電阻切換，包括報導中所使用的編程電流低至1μA的固態(tài)電解質。www.EET-china.com有關切換材料的文獻指出，在實現(xiàn)高密度3-D技術之前依然面臨一些挑戰(zhàn)，也就是說需要在足夠低的工藝熱預
7、算中整合高電流驅動導引裝置，并需要將復位電流降至能夠出現(xiàn)NANDFlash中已經存在的大量程序并行的水平。另一項考慮或許就是需要將復位電流降至能夠將精選晶體管整合進3-D存儲器的水平。目前基于多晶硅或納米硅的薄膜晶體管技術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技術的NAND電荷捕獲閃存存儲器實現(xiàn)3-DFlash技術的第二大類方法涉及對一些以串接方式組成的晶體管的使用。最明顯的是對現(xiàn)有的NAND浮柵結構進行堆疊。之后它便擁有與普通NAND浮柵相同的橫向可微縮性限制，并預計將會在約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、術都涉及對利用氮化硅來代替浮柵的電荷捕
