半导体产业在摩尔定律法则面临极限后,各领域和业者都开始思索替代技术,其中NAND Flash产业制程在进入20奈米制程之后,技术瓶颈越来越近,旺宏日前成功利用BE-SONOS技术研发出3D NAND Flash解决方案,未来将取代以Floating Gate技术为架构的NAND Flash内存,预计2014年可随着产业成熟度逐渐步入量产,届时旺宏在现存的NAND Flash产业4大天王中,可挤身成为第5小霸王。
摩尔定律横行半导体产业超过40年,但近年来已开始出现撞墙期,各界开始寻求替代的技术解决方案,这样的情况在NAND Flash产业最为积极,因为NAND Flash产业制程在所有半导体技术中,是跑在最前面的,甚至比逻辑制程、DRAM制程的演进速度都快,现在NAND Flash技术已经来到20奈米世代,而DRAM制程还停留在40和50奈米。
旺宏总经理卢志远指出,目前的NAND Flash技术是采用2D的技术,平均每12~15个月周期,技术就会跨过1个世代,但2D技术预计在10奈米制程以下就会走不下去,因此旺宏开始积极研发3D NAND Flash解决方案。
卢志远进一步解释,有别于2D技术都是采用Floating Gate技术为架构,3D NAND Flash技术是利用旺宏现有的BE-SONOS(barrier engineering)! charge-trapping技术,搭配三维垂直闸极 (3D Vertical Gate)内存单元结构,可提供3D NAND Flash在尺寸微缩和效能上大幅提升。
旺宏这项研究贡献,还因此获得VLSI大会评选为2010年8篇重要焦点论文(Highlight Paper)之一,并受邀于VLSI大会中展现该项成果。未来3D NAND Flash解决方案的目标是每单位成本低于硬盘。
根据三维内存架构的原理,是在1层结构的内存单元上进行3D堆栈已形成组件,这也是NAND Flash未来迈向Tbit(Terabit)大容量的关键,而这项技术的优点是无需采用最先进的微影制程技术,意即可大幅降低生产成本。
目前三维内存技术除了垂直闸极VG(Vertical Gate)外,包括P-BiCS)Pipe-shaped Bit Cost Scalable)、TCAT(Terabit Cell Array Transistor)及VSAT(Vertical Stacked Array Transistor)等,这些技术业界都有在讨论。
然而,在3D技术的内存结构下,邻近内存单元间的相互干扰则成为潜在问题,特别是垂直方向的干扰,但弱势三维内存若采用垂直闸极架构,不管是微缩能力、读取电流或是相互干扰等问题上,都获得改善。
旺宏指出,这项技术可将3D NAND Flash微缩至25奈米,且容量密度远高于传统的2D技术的N! AND Flash,估计3D NAND Flash技术大量应用于产品且普及的时间点是2014年。
目前NAND Flash产业4大阵营林立,分别为三星电子(Samsung Electronics)、海力士(Hynix)、美光(Micron)/英特尔(Intel)、东芝(Toshiba),旺宏期望藉由BE-SONOS和三维垂直闸极 (3D Vertical Gate)技术,正式从NOR Flash领域跨足NAND Flash领域,并成为NAND Flash产业4大天王中的另一个第5小霸王。