關(guān)于Micron和Intel 20nm 64-Gbit MLC NAND閃存的深度探究

　　NAND閃存在半導體市場(chǎng)上的成功主要得益于手機和平板電腦市場(chǎng)的持續迅猛發(fā)展以及高性能固態(tài)硬盤(pán)(SSDs)取代硬盤(pán)驅動(dòng)器的廣泛應用。美光與英特爾去年共同宣布，通過(guò)20 nm制造工藝技術(shù)結合突破性的單元架構概念，可以制造出僅由一組簡(jiǎn)單芯片組成的TB容量NAND閃存。

　　過(guò)去幾年，NAND閃存因為出色的物理擴展性和每個(gè)單元兩到三個(gè)字節的多層單元(MLC)搭載方式，在眾多高密度商業(yè)內存中享譽(yù)最高。然而近期便攜式電子產(chǎn)品對于NAND閃存的大量需求，導致NAND閃存必須大幅縮小器件架構以獲得更高的密度和更快的速度，并消耗更低的單字節成本。NAND閃存單元尺寸的大幅縮減在傳統的20 nm級浮柵閃存單元架構下，必然會(huì )遇到巨大障礙。

　　面對以上提及的這些難題，英特爾與美光負責工藝制程開(kāi)發(fā)的合資公司——英特爾美光閃存科技(IMFT)一直在積極尋求縮小NAND單元尺寸的方法，并最終成功開(kāi)發(fā)和制造了第一個(gè)20nm設計規格下的高密度多層級NAND閃存。通過(guò)全平面浮柵單元設計的引入，IMFT也發(fā)明了全新的閃存架構。作為公認的NAND閃存制造工藝業(yè)內的領(lǐng)軍企業(yè)，IMFT引入了結合高K/金屬柵(HKMG)疊層技術(shù)的單元架構平坦化工藝。這種工藝可以攻克在20 nm及以下尺寸縮減過(guò)程中面臨的許多物理和電子方面難題。

　　為了更好的了解這種先進(jìn)的工藝和全新的單元架構，UBM TechInsights(http://www.ubmtechinsights.com/)于近期研究了IMFT的20 nm 64Gbit MLC NAND閃存。

　　在64-Gbit多層單元NAND閃存的制造過(guò)程中，20 nm加工技術(shù)的引入讓IMFT奠定了在新制程節點(diǎn)中的領(lǐng)導地位。這種NAND芯片面積只有117 mm2，比IMFT現存的25 nm 64 Gbit NAND閃存在面積上減少了近30%，這成為其一大特色。IMFT的64-Gbit NAND閃存是由單層多晶、金屬柵和三層金屬制造的，呈48-pin無(wú)鉛TSOP封裝。64-Gbit閃存單一芯片分成四個(gè)bank加上一個(gè)單邊焊盤(pán)，與之前芯片面積為162 mm2的25 nm 64 Gbit NAND閃存相比，存儲區效率達到了52%。

　　在傳統的NAND浮柵單元上，控制柵(CG)和絕緣膜纏繞在浮柵(FG)上，耦合系數很大程度上依賴(lài)于浮柵側壁，如下圖所示：　　

傳統浮柵NAND(IMFT 25 nm NAND閃存)

　　深度探究

　　對于20nm級及其以下的工藝節點(diǎn)來(lái)說(shuō)，單元空間已經(jīng)很窄，控制柵無(wú)法插在浮柵之間。因此，NAND閃存只能采用平面化單元的結構，而不再讓控制柵和浮柵纏繞在一起。