为什么3D NAND技术能占半导体存储器市场总额的32%?

存储器是半导体三大支柱产业之一。据ic insights数据,2015年半导体存储器市场总额达835亿美元。各类存储器中,nand flash是一个亮点。其广泛应用于pc、手机、服务器等各类电子产品,2015年营收达到267亿美元,占半导体存储器市场总额的32%。
目前的闪存多属于planar nand平面闪存,也叫有2d nand或者直接不提2d,而3d闪存,顾名思义,就是它是立体堆叠的,intel之前用盖楼为例介绍了3d nand,普通nand是平房,那么3d nand就是高楼大厦,建筑面积一下子就多起来了,理论上可以无线堆叠。
3d nand技术与现有的2d nand(纳米制程技术)截然不同,2d nand是平面结构而3d nand是立体结构,3d结构是以垂直半导体通道的方式排列,多层环绕式栅极(gaa)结构形成多电栅级存储器单元晶体管,可以有效的降低堆栈间的干扰。3d nand闪存也不再是简单的平面内存堆栈,这只是其中的一种,还有vc垂直通道、vg垂直栅极等两种结构。
优势明显:适应小体积、大容量的市场需求
2d nand工艺逼近物理极限,单位面积存储容量难以继续提高,且可靠性降低,2d nand向3d nand转型是业界趋势。目前nand flash的制造技术达到16~19纳米工艺,已接近极限,进一步压缩尺寸会带来极高的成本且导致存储位不再稳定可靠。
表格1.flash 原厂纳米制程技术时程图
近年来,为了适应小体积、大容量等市场需求,nand flash制造技术向3d技术发展。3d nand flash通过增加立体硅层的办法,既提高单位面积存储密度,又改善存储单元性能。3d nand flash不仅能够增加容量,也可以将成本控制在较低水平。3d nand比20纳米级产品的容量密度高,读写速度快,耗电量节省,采用3d nand flash存储器的固态硬盘(ssd)其电路板面积也较小。根据中国闪存市场网估计,3d技术不仅使产品性能至少提升20%,而且功耗可以降低40%以上。根据三星在ssd峰会所述,tlc v-nand闪存相比传统的平面闪存的密度提升了1倍。
目前3d nand的堆栈层数不过32-48层,厂商们还在研发64层甚至更高层数的堆栈技术。2016年开始3d nand flash将逐步对nand flash进行替代。
表格2.目前主流3d nand芯片堆栈层数

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