三星之后，美光也推出自己的3D NAND工藝了

美光公司已經開始著手量產其32層3D NAND閃存存儲器，而首批商用下游產品之一則為Crucial 750 GB SATA 2.5英寸SSD。如圖一所示，這款產品的連續讀取/寫入速度分別高達每秒530 MB與每秒510 MB;而其功耗則僅為常見磁盤驅動器的九十分之一，同時使用壽命亦更為出色。

　　Crucial SSD的售價為200美元，這使其成為筆記本電腦上的高競爭力選項，而且我們發現正有越來越多的計算機設備利用SSD取代傳統磁盤。磁盤驅動器也許將逐漸被市場所淘汰，不過必須承認的是各相關廠商仍在努力加以創新，且磁盤的使用成本仍低于SSD。因此，我們預計在短期之內，磁盤驅動器仍將在市場上占據主導地位。

　　圖一：Curical CT750MX300SSD1 750 GB SSD，美光公司生產。

　　圖二所示為Crucial 750 GB SSD的正面與背面電路板實物，可以看到其中包含8個美光NAND閃存存儲器模塊。這一數量相當于三星T3 2 TB SSD中48層3D NAND模塊數量的兩倍。因此從封裝模塊數量角度講，三星公司的每封裝存儲容量仍然占據優勢。但其在芯片層面是否同樣領先于美光？

　　圖二：采用美光3D NAND的Curical SSD產品正面與背面電路板圖。

　　三星方面已經能夠在每個NAND封裝模塊內塞入16塊芯片，如圖三所示。這意味著每塊面積為99.8平方毫米的芯片可提供32 GB存儲容量，或者換算為每平方毫米320 MB。

　　Crucial 750 GB SSD中包含8塊美光封裝模塊，其中單一封裝容納2塊芯片，面積為165平方毫米。這意味著其每平方毫米存儲密度為284 MB，低于三星方面的每平方毫米320 MB。不過三星公司的最大優勢在于其48層結構以及20納米半位線間距，相比之下美光的半位線間距則更為松散僅為40納米。

　　也許我們應當用三星公司此前推出的32層V-NAND進行比較，此系列產品發布于2014年，同樣采用20納米半位線間距。我們同時發現，美光公司的每平方毫米284 MB存儲密度要遠高于三星在32層V-NAND中實現的每平方毫米127 MB水平。

　　圖三：三星K9UGB8S7M 48層V-NAND閃存存儲器。

　　圖四所示為三星48層V-NAND芯片的顯微拍攝結果，可以看到兩套大型NAND巨集將芯片一分為二。頁面緩沖與外圍電路位于NAND陣列巨集下方。該陣列巨集由垂直NAND串所使用的源極選擇晶體管外加源極線觸點所填充。

　　圖四：三星48層V-NAND放大級芯片拍攝圖。

　　美光公司的放大級芯片拍攝圖如圖五所示，其布局與三星差別很大，其中64個巨集涵蓋大部分陣列。我們尚未對其進行分析，不過我們認為其可能容納有頁面緩沖區、行解碼器、字線開關以及可能存在的“粘合”邏輯。這是一種迥異于三星的設計策略，而且美光方面宣稱將有源電路放置在存儲器陣列下方幫助其實現了良好的存儲密度提升效果，同時亦帶來更低的芯片制造成本。

　　圖五：美光32層3D NAND放大級芯片拍攝圖。

　　圖六所示為美光3D NAND芯片的橫截面實拍圖。其中垂直NAND串由38個柵極層構成，其中32個作為NAND存儲單元，其余6個則可能作為虛設及選擇柵極。該NAND陣列位于2到3層金屬互連與晶體管之上。其中金屬層1(即M1)似乎由鎢制成，這意味著其可能接入到該NAND陣列串的源選擇柵極當中。而金屬層2(M2)似乎用于路由功能。其具體功能還要等待我們對設備進行電路級分析后才能確定。

　　圖六：美光32層3D NAND陣列橫截面實拍圖。

　　.NAND單元結構如圖七所示，而且我們已經初步確定了其中的一些分層，包括在整套NAND堆棧內的垂直方向運行的多晶硅環。此環構成垂直通道，并由浮動及控制柵極所包圍。其中浮動柵極即圖中的圓點，負責構成中央多晶硅通道周圍的連續環狀結構。而控制柵極與浮動柵極之間則由間電介質進行隔離。

　　圖七：美光NAND單元橫截面實拍圖。

　　三星公司于2014年推出了其32層V-NAND垂直NAND閃存，并于2016年隨后推出48層V-NAND產品。美光公司是第二家實現3D NAND市場化的廠商，并利用一套創新型方案將活動電路放置在NAND陣列之下，從而縮小了芯片面積。美光方面還利用尺寸更大的制程節點(40納米半位線間距)進行閃存制造，這應該能夠為其帶來低于三星V-NAND產品的生產成本。

　　目前我們還無法斷定3D NAND在面對平面NAND時是否擁有制造成本優勢，但三星與美光顯然都決定把賭注押在V-NAND身上。如今的問題在于，SK海力士與東芝兩大市場參與者，能否拿出同樣具備競爭優勢的產品？

關注最前沿的電子設計資訊，請關注“電子工程專輯微信公眾號”。