在sk hynix的72层(72l) tlc nand快闪存储器中,所谓的p-bics (pipe-shaped bit cost scalable)单元,是利用管线式(pipe)闸极连结每一个nand字串(nand string);从其布局可见,该芯片包含4个平面(plane)以及双面字元线开关/解码器(two-sided wordline switches/decoders)。
该存储器阵列的效率约57%,是因为相对较大的存储器与其他周边;而sk hynix的36l与48l产品存储器阵列效率则分别为67.5%与64.0%。此趋势显示sk hynix应该会为下一代芯片开发尺寸更小巧的设计。
三星(samsung)以及东芝/wd (toshiba/western digital)的64l 3d tlc nans裸晶,有超过65%的存储器阵列效率;不过以上的存储器芯片尺寸以及功能则都差不多。
各家64l与72l 3d nand快闪存储器单元阵列效率比较
sk hynix 72l nand快闪存储器的位元密度为3.55 gbits/mm2,高于samsung/wd之64l芯片;而美光/英特尔(micron/intel)的64l 3d nand芯片是4种解决方案中位元密度最高的,主要是因为采用名为cua (cmos under the array)的独特砖式(title)布局。
64l与72l 3d nand存储器芯片位元密度比较
在3d nand存储器单元架构方面,sk hynix芯片堆叠了总共82个闸极,包括选择器(selector)与虚设字元线(dummy wordlines,dwl);我们知道有72个闸极是用于主动字元线单元,而最上方的三个闸极则是用于源极与汲极的选择器闸极(selector gates,sg),剩余的7个闸极应该是用于dwl以及隔离闸极(isolation gates)。
在各家厂商的64l nand元件中我们看到:
samsung采用了总数71个闸极,其中有3个用于sg,4个用于dwl;toshiba/wd产品的闸极总数为73个,其中7个用于sg,2个用于dwl;micron/intel产品的闸极总数为76个,其中2个用于sg,7个用于dwl。
垂直单元效率计算方法,是主动字元线的数量除以垂直堆叠闸极的总数;其结果就是该3d nand存储器单元架构的流程效率。sk hynix 72l产品的垂直单元效率为87.8%,toshiba/wd的64l bics产品也是一样;samsung的64l产品效率则为90.1%,而micron/intel的64l产品效率则为84.2%,如下图所示。
64l与72l 3d nand存储器产品的垂直单元效率
sk hynix先前的36l与48l产品是采用单步骤蚀刻制程来制作分别为43个与55个闸极总数的通道电洞(channel holes);新一代的72l存储器单元则是采用两步骤蚀刻制程来制作通到电洞。在管线闸极上,较低的42个闸极以及较上方的40个闸极,分别是以两个不同的蚀刻步骤形成。而狭缝(slits)与子狭缝(sub-slits)则是以单步骤蚀刻形成,制程整合程序如下:
管线闸极铸模成形(下方部位)通道蚀刻(下方部位)牺牲层填入电洞;铸模成形(上方部位);通道蚀刻(上方部位);牺牲层移除;通道成形。
micron/intel的64l产品采用双堆叠nand字串架构,在上部与下部堆叠之间有一个平板(plate);而sk hynix的72l产品则是采用两步骤蚀刻制程,而非双堆叠nand字串,工程师必须要严密控制制程步骤,以避免上下部位的通道电洞未对齐;该电洞的尺寸在256 gbit 72l产品约只有10纳米。
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