nand的替代技术——3d闪存

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1、www.EET-china.comNAND的替代技术——3D闪存作者：AndrewJ.WalkerSchiltronCorporation传统的NANDFlash根本不能被视为一种“通用”存储器。的确，其特殊的线性串列MOSFET存储器结构限制了它在那些相对较慢存储时间就已经足够好的领域的应用。东芝公司(Toshiba)于1988年在国际电子裝置会议(InternationalElectronDeviceMeeting)上发表了有关NANDFlash的首篇学术论文，那时的NANDFlash是由在两个使用1um设计原理的存取设备之间排成一列的8个浮栅MOSFET

2、组成。從那时以后我们的技术一直不断进步。写这篇文章时，最先进的产品使用的是半节距约为30nm的裝置。自线性缩放出现20年来，许多创新一直推动着这种技术的快速发展。NANDFlash如此流行的原因包括较低的每位成本和个人存储需求的显著上升。NAND的单元尺2寸接近4F（F是该方法的最小形体尺寸）的理论极限。线性串列结构使得节距可以根据朝着一个方向的无接触栅间隔与朝着另一方向的无接触场氧化间隔确定。随后两个串列间可以共享位线接触，而且多个串列可以共享源极。在我写这篇文章时，闪存記憶体高峰会(FlashMemorySummit)刚刚在圣塔克拉拉(SantaClara

3、)闭幕。SanDisk公司创始人兼首席执行官EliHarari在会上发表了一些有趣的评论。除了承认该行业将见证“NAND可微缩性发展速度的放缓”之外，他还指出3-DFlash是NAND潜在的可行替代技术。具体来说，“如果材料方面取得突破”，SanDisk和东芝公司共同研究的3-D技术将能够取代NAND。此外，他还表示“向3-D技术过渡还需要数年时间”。因此有何原因3-DFlash被认为是NAND潜在的替代技术呢？又有哪些技术可以取代NANDFlash的王者地位呢？本文中的第二部分讨论了NANDFlash可微缩性发展速度将会放缓的原因，并对NANDFlash的各

4、种潜在替代技术进行了分析。第三部分对3-DFlash和2-DFlash的成本进行了比较。第四部分对3-D产品的发展以及标准2-DNANDFlash优势的逐渐消失进行了一些预测。NAND可微缩性和3-D技术KirkPrall在微米(Micron)上的著作是我所知道的探讨有关NAND微缩范围在30nm以内的问题的最佳文章。在这篇文章中，他指出浮栅结构是这些问题的主要原因。尤其是，浮栅周围的电容耦合干扰可为任一特定的浮栅带来特定模式电压，这使得在每个单元存储多位信息的能力有所降低。随着可微缩性发展速度的持续下降，或许需要利用极端远紫外光刻以及它涉及的所有生产架构变化

5、，因此经济因素也是导致NAND可微缩性发展速度放缓的原因。以下是已经提出的向3-DFlash技术过渡的多种方法。www.EET-china.comA.电阻变化法这里可分为几种方法。对于3-D结构中的最小单元而言，大多数（如果不是全部）可以遵循从这个参考书目第28页复制而来的图1中所示的方法。请注意导引元件（最可能是一个二极管），因为这是一个二端裝置，并且可以在很小的区域中制造。电阻变化法的第一个例子是相变存储器(PhaseChangeMemory,PCM)，该存储器涉及对常以Ge2-Sb2-Te5(GST)形式存在的硫属化物原料的使用。可程序化的有阻力状态取决

6、于非晶相和（聚乙烯）晶相之间的可逆变化。将低电阻改为高电阻状态的复位电流通常约为几百μA。图1这个类别中的另一种方法涉及对一些钙钛矿原料的使用。对于PCM方法而言，将状态从低电阻改为高电阻似乎至少需要100μA。第三种方法是将纯金属氧化物用作切换材料。正如上文提到的，复位电流至少需要100μA，尽管最近出现了复位电流可低于100μA的利好数据。还可以通过其它有趣的方法实现电阻切换，包括報導中所使用的编程电流低至1μA的固态电解质。www.EET-china.com有关切换材料的文献指出，在实现高密度3-D技术之前依然面临一些挑战，也就是说需要在足够低的工艺热预

7、算中整合高电流驱动导引裝置，并需要将复位电流降至能够出现NANDFlash中已经存在的大量程序并行的水平。另一项考虑或许就是需要将复位电流降至能够将精选晶体管整合进3-D存储器的水平。目前基于多晶硅或纳米硅的薄膜晶体管技术不能满足上述切换材料的现有需求。B.浮栅和采用水平存储技术的NAND电荷捕获闪存存储器实现3-DFlash技术的第二大类方法涉及对一些以串接方式组成的晶体管的使用。最明显的是对现有的NAND浮栅结构进行堆叠。之后它便拥有与普通NAND浮栅相同的横向可微缩性限制，并预计将会在约30nm的半节距处遇到相同的困难。迄今为止公布的所有其它3-D串接技

8、术都涉及对利用氮化硅来代替浮栅的电荷捕