3D NAND芯片拆解：三星VS美光，誰(shuí)的成本更低？

　　日前，美光公司宣布開(kāi)始量產(chǎn)其32層(32L)3D NAND閃存，包含該組件的首批商用下游產(chǎn)品之一是Crucial 750GB SATA 2.5寸固態(tài)硬盤(pán)(SSD)。如圖1所示，這款產(chǎn)品的連續讀取/寫(xiě)入速度分別高達每秒530MB與每秒510MB;其功耗較一般硬盤(pán)驅動(dòng)器(HDD)改善了90倍，據稱(chēng)也更加耐用。

　　Crucial SSD的售價(jià)為200美元，這使其成為筆記本電腦應用最具吸引力的選項，而且我們發(fā)現有越來(lái)越多的計算機設備開(kāi)始利用SSD取代傳統HDD。HDD也許將逐漸被市場(chǎng)所淘汰，不過(guò)必須承認的是各家相關(guān)廠(chǎng)商仍致力于使其創(chuàng )新，而且HDD的成本仍較SSD更低廉。因此，我們預計在短期之內，HDD仍將在市場(chǎng)上占據 主導地位。

圖1：美光Crucial CT750MX300SSD1 750GB SSD

　　圖2所示為Crucial 750GB SSD的正面與背面電路板拆解圖，可以看到其中包含8個(gè)美光NAND閃存封裝。這一數量相當于TechInsights在三星(Samsung)T3 2TB SSD中發(fā)現4個(gè)48層(48L)3D NAND封裝數量的兩倍。因此，從封裝數的角度來(lái)看，三星在每封裝中的內存容量仍然占據優(yōu)勢。但從芯片層來(lái)看是否同樣領(lǐng)先于美光?

圖2：采用美光3D NAND的Crucial SSD產(chǎn)品正面與背面電路板圖

　　三星方面已經(jīng)能夠在每個(gè)NAND封裝中加進(jìn)16塊芯片了，如圖3所示。這意味著(zhù)每塊面積為99.8平方毫米的芯片可提供32GB儲存容量，或者換算為每平方毫米約320MB。

　　Crucial 750GB SSD中包含8塊美光的封裝，其中單一封裝可容納2塊芯片，面積為165平方毫米。這意味著(zhù)該內存的儲存密度為284MB/mm2，低于三星的 320MB/mm2。不過(guò)三星的最大優(yōu)勢在于其48層結構以及20納米(nm)半位線(xiàn)間距，相形之下，美光的40nm半位線(xiàn)間距更為松散。

　　也許我們應該用三星在此之前推出的32層(32L) V-NAND進(jìn)行比較，該系列產(chǎn)品發(fā)布于2014年，同樣采用20nm半位線(xiàn)間距制造。同時(shí)，我們也發(fā)現，美光的284MB/mm2位密度較優(yōu)于三星在32L V-NAND中實(shí)現的127MB/mm2位密度。

圖3：三星K9UGB8S7M 48L V-NAND閃存

　　圖4顯示三星48L V-NAND芯片脫層后擴散的情形，可看到圖中兩個(gè)大型NAND宏將芯片一分為二。頁(yè)面緩沖與外圍電路就位于NAND數組宏下方。該數組宏以垂直NAND串所使用的源極選擇晶體管以及源極線(xiàn)觸點(diǎn)加以填充。

圖4：三星48L V-NAND的擴散級芯片圖

　　圖5顯示美光的擴散級芯片圖，其布局與三星的芯片差別很大，其中64個(gè)宏涵蓋大部份數組。我們尚未對其進(jìn)行分析，但我們認為它可能容納頁(yè)面緩沖器、行譯碼器、字符線(xiàn)開(kāi)關(guān)以及可能存在的‘膠合’邏輯。這是一種迥異于三星芯片的設計策略，而且美光還宣稱(chēng)將主動(dòng)電路放置在內存器數組下方，有助于提高了位密 度，同時(shí)也帶來(lái)更低的芯片制造成本。

圖5：美光32L 3D NAND擴散級芯片圖

　　圖6來(lái)自TechInsights拆解分析報告的美光3D NAND芯片橫截面圖。其中，垂直NAND串由38個(gè)閘極層構成，其中32個(gè)用于NAND儲存單元，其余6個(gè)則可能作為虛擬以及選擇閘極。該NAND數組 是2或3層堆棧的金屬互連與晶體管。其中金屬層1(即M1)看起來(lái)像是由鎢制成的，這意味著(zhù)它可能連接到該NAND數組串的來(lái)源選擇閘極。而金屬層 2(M2)似乎用于繞線(xiàn)。但實(shí)際的功能還有待我們對該組件進(jìn)行電路級分析后才能確定。

圖6：美光32L 3D NAND數組橫截面

　　NAND 單元結構可在圖7中看得更清楚，而且我們已經(jīng)初步確定了其中的一些分層，包括在整套NAND堆棧中以垂直方向執行的多晶硅環(huán)。此多晶硅環(huán)構成了垂直通道，周?chē)@著(zhù)浮動(dòng)閘與控制閘。其中浮動(dòng)閘如圖中的小圓點(diǎn)，構成中央多晶硅通道周?chē)倪B續環(huán)狀結構。而控制閘與浮動(dòng)閘之間則由多晶硅層間電介質(zhì)加以隔離。

圖7：美光NAND單元的橫截面圖

　　三星于2014年推出其32L V-NAND垂直NAND閃存，并于2016年緊接著(zhù)推出48L V-NAND產(chǎn)品。美光則是第二家實(shí)現3D NAND商用化的廠(chǎng)商，并采取一種創(chuàng )新的途徑，將主動(dòng)電路放置在NAND數組之下，從而縮小了芯片面積。美光還利用尺寸更大的制程節點(diǎn)(40nm半位線(xiàn) 間距)制造該芯片，這應該能夠為其帶來(lái)較三星V-NAND產(chǎn)品更低的制造成本。