1X纳米逼近物理极限 3D NAND Flash接棒在即

       而在消费类手持端，越来越多的软件应用和高清视频也催生了NAND Flash容量和性能的升级，这就要求NAND Flash通过工艺制程的演进来实现更佳的性能。然而，目前NAND Flash工艺制程到了1X纳米，已逼近物理极限，代表更高水准的3D工艺应运而生。

       集邦科技记忆体储存事业处协理杨文得表示，根据半导体技术演进的规律，NAND Flash的平面微缩已经到了一个瓶颈，如果再往下走，良率和设备的资金投入都将是难点。所以，部分公司直接走向3D结构。

       美光半导体咨询（上海）有限责任公司中国区无线系统部高级市场经理魏松也认为，NAND Flash的工艺制程到了设计的物理极限，3D的出现是为了延续PC、笔记本、智能手机和平板电脑对NAND Flash容量越来越大、性能越来越高、封装尺寸越来越小的要求，驱使NAND Flash工艺设计再往前一步。

       “这是技术演变的一个正常规律，制程微缩到了一个瓶颈，再缩小品质就难再保证。”深圳佰维存储科技有限公司技术研发总监李振华称，“这两年，NAND Flash产品质量一直在下降，以前擦除次数可以做到10000次，而现在只能保证3000次甚至更少。如果3D工艺能让NAND Flash回到2X纳米的级别做叠层设计，这将使得SSD、eMMC的性能和成本都更优。”

       由此可见，从成本和良率等多方面考量，3D工艺的到来已经迫在眉睫。形象地形容，3D结构就像是盖房子，在单个Flash平面往上盖很多层，如此，单位面积就会有更多的颗粒产出。3D制程可使得Flash在容量和成本上更出色，但相应的，企业在3D工艺上的投入也并非一般人想象。

       3D工艺的资金投入是巨大的，都是以10亿美金为单位，上百亿美金的都有。记者获悉，去年整个3D产业的支出是70亿美金，今年可能会增加到90亿美金。除此之外，3D的技术门槛也很高，晶圆的叠层、电路设计和蚀刻工艺等都体现了较高的技术水准，光有资金不一定能生产出来。

       目前，五大巨头（三星、东芝、美光、海力士和英特尔），加上台湾闪迪，都在全面往3D方向导入，唯一的差别是，三星已经推出产品，其他家则落后一段时间。而在技术上，几家公司各有所长，差异主要体现在晶圆排列的结构上面。

       魏松告诉记者，五大公司都具备2D转入3D的能力，毕竟每一家都做了几十年，关键的研发能力都有，技术进度上各家都比较同步，而且现在产品都趋向于标准化，几大厂家也都具备相应的能力。如此一来，不管是高通还是MTK的主芯片都可以使用，解决了兼容性问题。

       那么，相对于平面NAND Flash，3D NAND Flash优势到底如何？杨文得称，最大的优势在于，单位面积容量提升比较快，比如当前存储产品的主流容量是64G/bit，而3D Nand Flash以三星和东芝为例，它们的单个芯片初期存储容量是128G/bit，但很快就会跳到256G/bit。如此一来，房子就可以盖到很高，到512G、768G甚至是1TB，所以在良率正常的情况下，单位成本会变得很便宜，这是它最大的优势。另外，读写速度上面比1X纳米也有提升，而功耗却不会有太大差别。相对1X纳米的2D工艺，3D 可使得单位存储单元成本更低，Flash数据保存时间更久，读写速度也会更快，而朱明认为主要是成本的优势，Flash市场每年保持15%的成本降价优势，如果不转进3D可能很难保持这样的趋势。

       总的来看，NAND Flash转进3D工艺是半导体制程微缩达到极限的必然之路，也是应用端对容量和成本的强烈诉求所致。当然，前期的投资巨大，技术瓶颈难以攻破，良率难以提升，是目前的拦路虎，但是相较于2D工艺，3D在成本、性能和单位面积容量上的优势明显，良率一旦达标，迟早会令行业受益。

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