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

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

　　過去幾年，NAND閃存因為出色的物理擴展性和每個單元兩到三個字節(jié)的多層單元(MLC)搭載方式，在眾多高密度商業(yè)內(nèi)存中享譽最高。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(gòu)以獲得更高的密度和更快的速度，并消耗更低的單字節(jié)成本。NAND閃存單元尺寸的大幅縮減在傳統(tǒng)的20 nm級浮柵閃存單元架構(gòu)下，必然會遇到巨大障礙。

　　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，并最終成功開發(fā)和制造了第一個20nm設計規(guī)格下的高密度多層級NAND閃存。通過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(gòu)。作為公認的NAND閃存制造工藝業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍企業(yè)，IMFT引入了結(jié)合高K/金屬柵(HKMG)疊層技術(shù)的單元架構(gòu)平坦化工藝。這種工藝可以攻克在20 nm及以下尺寸縮減過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的工藝和全新的單元架構(gòu)，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閃存的制造過程中，20 nm加工技術(shù)的引入讓IMFT奠定了在新制程節(jié)點中的領(lǐng)導地位。這種NAND芯片面積只有117 mm2，比IMFT現(xiàn)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無鉛TSOP封裝。64-Gbit閃存單一芯片分成四個bank加上一個單邊焊盤，與之前芯片面積為162 mm2的25 nm 64 Gbit NAND閃存相比，存儲區(qū)效率達到了52%。

　　在傳統(tǒng)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(shù)很大程度上依賴于浮柵側(cè)壁，如下圖所示：　　

傳統(tǒng)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(jié)點來說，單元空間已經(jīng)很窄，控制柵無法插在浮柵之間。因此，NAND閃存只能采用平面化單元的結(jié)構(gòu)，而不再讓控制柵和浮柵纏繞在一起。