Teknologi 3D NAND Flash

Halo semuanya! Seperti yang Anda ketahui, memori flash NAND planar modern hampir kehabisan potensinya. Masalah utamanya adalah semakin sulit untuk mengurangi ukuran kristal. Menurut para ahli, standar teknologi 14-15 nm akan menjadi batas memori flash planar, setidaknya dalam waktu dekat. Dan itu akan digantikan oleh teknologi memori flash "vertikal" - 3D NAND.

Sangat penting untuk memahami apa yang mencegah pengurangan lebih lanjut dari ukuran kristal. Pertama-tama, pengembangan proses pembuatan yang lebih baik membutuhkan peralatan yang mahal, pembelian yang mungkin tidak dapat dibenarkan di masa depan dari sudut pandang ekonomi. Dan jika akuisisi mesin litograf baru merupakan masalah yang dapat dipecahkan, maka masalah aliran muatan dari satu sel ke sel lainnya, yang disebabkan oleh kesalahan yang terjadi, tidak mudah dipecahkan.

Singkatnya, industri menemukan dirinya dalam situasi di mana sumber daya memori flash biasa, planar, habis. Oleh karena itu, ide datang untuk menempatkan sel tidak hanya pada bidang, tetapi juga dalam lapisan. Dengan demikian, chip menerima struktur tiga dimensi dan mampu menyimpan lebih banyak informasi per satuan luas daripada kristal dua dimensi. Teknologi ini disebut 3D NAND. Perlu segera dicatat bahwa produsen menggunakan berbagai teknik untuk membuat memori tiga dimensi, sehingga arsitektur 3D NAND untuk setiap perusahaan dapat memiliki karakteristik dan perbedaannya sendiri.

Perusahaan pertama yang membuat produksi memori flash tiga dimensi yang disebut 3D V-NAND dan drive berdasarkan mereka adalah raksasa Korea Samsung. Kembali pada tahun 2013, mereka mengumumkan rilis chip MLC tiga dimensi pertama, dengan 24 lapisan. Dan setahun kemudian, implementasi 3D menerima memori flash TLC, jumlah lapisan yang meningkat menjadi 32.

Seperti yang Anda tahu, desain memori flash planar didasarkan pada transistor gerbang mengambang. Rana mengambang memiliki kemampuan untuk menahan muatan untuk waktu yang lama. Ternyata, ini adalah kelemahan utama dari desain: ketika proses teknis berkurang karena keausan sel, muatan dapat mengalir dari satu sel ke sel lainnya. Untuk mengatasi masalah ini, Samsung menggunakan teknologi 3D Charge Trap Flash, yang berarti “perangkap biaya” dalam bahasa Inggris.

Esensinya terletak pada kenyataan bahwa muatan sekarang ditempatkan bukan di gerbang mengambang, tetapi di area terisolasi sel yang terbuat dari bahan non-konduktif, dalam hal ini, silikon nitrida (SiN). Ini mengurangi kemungkinan "kebocoran" muatan dan meningkatkan keandalan sel.

Antara lain, penggunaan teknologi CTF telah membuat chip memori lebih ekonomis. Menurut Samsung, penghematan bisa mencapai 40% dibandingkan dengan memori planar.

Sel tiga dimensi V-NAND 3D adalah sebuah silinder, lapisan luarnya adalah gerbang kontrol, dan sel dalam adalah isolator. Sel-sel terletak satu di atas yang lain dan membentuk tumpukan, di dalamnya ada melewati saluran silinder yang terbuat dari silikon polikristalin umum untuk semua sel. Jumlah sel dalam tumpukan setara dengan jumlah lapisan memori flash.

Memori 3D V-NAND juga menawarkan kecepatan yang lebih tinggi. Ini dicapai dengan menyederhanakan algoritma untuk menulis ke sel - sekarang, alih-alih tiga operasi, hanya satu yang dilakukan. Penyederhanaan algoritma dimungkinkan karena gangguan antar sel yang lebih sedikit. Dalam kasus memori planar, karena kemungkinan interferensi antara sel-sel tetangga, analisis tambahan diperlukan sebelum merekam. Memori vertikal bebas dari masalah ini dan perekaman dilakukan dalam satu langkah.

Nah, beberapa kata tentang reliabilitas. Memori 3D V-NAND jauh lebih rentan untuk dikenakan karena fakta bahwa tegangan tinggi tidak diperlukan untuk menulis informasi ke sel. Ingatlah bahwa untuk menempatkan data dalam sel memori planar, tegangan urutan 20 V diterapkan. Untuk memori tiga dimensi, indikator ini lebih rendah. Keandalan dipengaruhi oleh fakta bahwa produksi memori flash tiga dimensi tidak memerlukan standar teknologi yang halus. Sebagai contoh, generasi ketiga dari memori 3D V-NAND dengan 48 lapisan diproduksi menggunakan teknologi proses 40 nm debugged.

Sementara Samsung memproduksi chip memori flash tiga dimensi pada kerugian (yang, kebetulan, secara resmi dikonfirmasi oleh perusahaan Korea), produsen memori flash lain sedang mengembangkan teknologi yang bersaing. Jadi, perusahaan-perusahaan Toshiba dan SanDisk bekerja sama untuk merilis memori flash tiga dimensi BiCS 3D NAND (Bit Cost Scalable).

Bekerja pada teknologi dimulai kembali pada tahun 2007 dengan upaya satu Toshiba, dan sampel pertama dari memori flash tiga dimensi BiCS ditunjukkan pada tahun 2009. Sejak itu, perkembangan teknologi belum dipercepat. Selain itu, aliansi Toshiba / SanDisk menjelaskan bahwa mereka tidak akan memasukkan memori flash 3D ke dalam produksi massal sampai layak secara ekonomi.

Perbedaan utama antara memori flash Toshiba 3D dan flash planar, seperti pada kasus Samsung 3D V-NAND, adalah penggunaan teknologi CTF alih-alih transistor floating gate klasik. Silicon nitride (SiN) juga berfungsi sebagai bahan untuk wilayah terisolasi. Prinsip pengoperasian teknologi dalam BiCS 3D NAND tetap sama: informasi tidak ditempatkan di gerbang mengambang, seperti sebelumnya, tetapi di area yang terisolasi.

Yang membedakan BiCS 3D NAND dari teknologi 3D V-NAND adalah penggunaan garis berbentuk U (garis). Ini berarti bahwa sel tidak dikelompokkan dalam satu baris, tetapi dalam urutan berbentuk-U. Menurut Toshiba, pendekatan ini memungkinkan Anda untuk mencapai keandalan dan kecepatan maksimum. Ini menjadi mungkin karena fakta bahwa dalam desain berbentuk U, transistor switching dan jalur sumber terletak di bagian atas urutan (dan bukan di urutan bawah, seperti dalam desain "in-line") dan tidak terkena efek suhu tinggi, akibatnya jumlah kesalahan saat membaca dan menulis berkurang. .

Juga, fakta bahwa desain seperti itu tidak memerlukan penggunaan photolithography dalam radiasi ultraviolet yang dalam juga berkaitan dengan keunggulan desain berbentuk-U. Oleh karena itu, untuk pembuatan memori flash tiga dimensi, perusahaan dapat menggunakan fasilitas produksi yang ada.

Sangat menarik juga bahwa dalam produksi BiCS 3D NAND Toshiba untuk pertama kali secara massal akan menggunakan teknologi thin-film transistor (TFT).

Adapun karakteristik teknis dari chip BiCS, ini akan menjadi kristal memori tipe TLC 48-layer. Kepadatannya adalah 256 Gbps. Selama produksi, proses pembuatan 30-40 nm yang debugged akan digunakan. Secara umum, karakteristik chip BiCS 3D NAND massal pertama akan sangat mirip dengan kristal 3D V-NAND generasi ketiga Samsung.

Micron / Intel Alliance juga mengembangkan memori flash tiga dimensi sendiri. Banyak ahli memperkirakan bahwa semua proyek 3D NAND akan menggunakan teknologi CFT, tetapi Micron dengan Intel mengejutkan semua orang dan mengambil jalan yang berbeda. Dasar dari memori flash tiga dimensi mereka adalah sel dengan rana mengambang. Micron berpendapat bahwa arsitektur inilah yang memungkinkan Anda menyimpan muatan dengan lebih andal di dalam sel.

Selain itu, 3D NAND menggunakan teknologi CMOS Under the Array. Artinya adalah bahwa semua logika kontrol tidak terletak di sebelah array memori, seperti pada 2D NAND, tetapi di bawahnya. Desain seperti ini memungkinkan Anda untuk membebaskan hingga 20% area chip dan menempatkan sel memori di tempat ini.

Micron berjanji untuk memproduksi chip memori flash tiga dimensi secara massal tahun ini. Ini akan menjadi 32-layer kristal dengan kepadatan 256 Gbit (MLC) dan 384 Gbit (TLC).

Tidak banyak yang diketahui tentang arsitektur flash 3D SK Hynix. Awalnya, perusahaan Korea Selatan berencana menggunakan sel dengan shutter mengambang, tetapi pada akhirnya pilihannya jatuh pada teknologi CTF. Tahun ini, SK Hynix berjanji untuk akhirnya meluncurkan produksi massal 3D NAND. Ini akan menjadi chip TLC 256-layer 256 Gb.

Sedangkan untuk OCZ, output dari BiCS SSD berdasarkan memori flash tiga dimensi BiCS, tentu saja, termasuk dalam rencana langsung kami. Tanggal rilis perangkat baru akan bergantung pada Toshiba, yang berjanji untuk mengatur pasokan chip NAND 3D BiCS pada paruh kedua tahun ini.

Source: https://habr.com/ru/post/id391899/