2020年11月，美光科技宣布，其第五代3D NAND闪存技术达到了176层堆叠。预计通过美光全新推出的176层3D NAND闪存技术以及架构，可以大幅度提升数据中心、智能边缘计算以及智能手机存储的应用效能。

　　176层3D NAND闪存是美光第二代替换栅极(Replacement Gate)架构，是目前全球技术最为先进的NAND节点，相较于前代3D NAND相比，美光176层3D NAND闪存在读取及写入延迟方面提升35%。

　　日前，EEWORLD邀请到美光科技工艺集成技术开发高级总监Kunal Parekh与美光科技NAND组件产品线高级经理Kevin Kilbuck，二位从技术与市场角度，讲解了176层NAND的创新所在，以及美光对NAND未来发展的看法。

　　此次发布的产品属于在工艺与先进架构共同促进的突破实现了此次突破，能否分别详细介绍一下工艺与架构的突破？

　　Kunal Parekh:美光通过应用专有的CuA（CMOS-under-array，CMOS阵列下）架构，结合采用替换栅极工艺和新单元结构的新阵列结构，实现了突破性的176层NAND创新。所有这些结合在一起，开创了具有高效CuA 3D架构的176层NAND。

　　为了实现从使用浮动栅极单元的96层增加到使用替换栅极和电荷捕获闪存单元的176层，我们必须在工艺技术上取得进步。例如，克服结构高度增加的主要难点是以更高的深宽比蚀刻电极柱，这样，即使高度增加了，也不会导致表面积增大而无法适配器件，而如果适配的不好，会对阵列封装密度产生不利影响。通过美光3D NAND开发和工艺技术团队的努力，我们克服了这一挑战，生产出破纪录的层数，同时实现了裸片尺寸比同类竞争产品小30%——这是一项重大突破！

　　此外，我们还在低电阻率金属化方面取得了进展，提高了每一层的性能，并在薄膜工艺方面取得了创新，增强了单元介质材料的电性能和物理性能。这些突破再加上阵列设计架构上的进步，以及与美光CuA架构的集成，使得我们的176层NAND在层数上领先于业界，其性能提升也令人难以置信。例如，与上一代大容量浮动栅极NAND（我们的96层NAND）相比，我们的读取和写入延迟都降低了35%以上。

　　Kunal Parekh:早在16年前进入NAND市场以来，美光就一直是NAND技术领域的创新者。我们在开发创新单元设计和工艺技术方面有着悠久的历史，这些技术对市场上的固态存储解决方案产生了巨大的影响。美光在世界各地拥有数万名科学家和工程师，致力于开发大家每天使用的内存、存储和加速器技术——从您的手机到汽车，直至云端。我们设计电路、光掩膜技术、工艺技术和封装技术，涵盖从硅片到系统的各个领域。此外，美光拥有世界上最先进的智能工厂，世界经济论坛将我们新加坡和台湾地区工厂加入其Global Lighthouse Network（全球灯塔工厂网络），该网络包括了在应用第四次工业革命技术方面发挥了领导作用的很多领先制造商。

　　从实验室到晶圆厂，我们对创新高度重视，因而凭借独特的CMOS阵列下架构实现了业界领先的3D NAND单元尺寸。我们还率先开发了阵列堆叠技术，并聚焦于实现向替换栅极架构的过渡。此外，在3D NAND制造方面的投资使我们能够在一个地方集中开展产品工程、技术开发、制造和质量功能质检等工作。我们的NAND卓越中心位于新加坡，正在加速推进3D NAND技术的创新，并将继续扩大规模。这些还只是我们实现业界领先突破的关键优势的一部分。

　　就解决的问题而言，我们总是希望性能越来越好，因而每个工艺节点都比上一个节点难。每一代工艺都有新的约束和限制，但凭借美光才华横溢的工程师和研究人员的辛勤工作，我们已经能够克服这些问题。例如，从双阵列堆叠中的两个64层阵列发展到两个88层阵列，我们必须克服这种扩展带来的挑战，才能进一步提高位密度，同时提升性能。增加层数让结构更高，这样在占用面积不变的情况下才能产生更多的比特，这也带来了必须要克服的工艺挑战，而我们团队通过出色的工作已经克服了这些挑战。

　　增加层数还要求在阵列下放置更多的电路，这意味着我们还需要以有效的方式将所有这些电路穿过阵列，连接到相应的NAND存储串。这就要求在我们选择的阵列架构中必须掌握更高的深宽比蚀刻和替换栅极构造。

　　可否详细介绍一下替换栅极技术开发史？该技术并不是最新的技术，所以如今的替换栅极技术和以往有何不同？

　　Kunal Parekh:美光的3D NAND技术以前依赖于浮动栅极单元技术，其中浮动栅极是用多晶硅制成的，单元的控制栅极也由多晶硅制成。美光创新的将CMOS电路放置在阵列下，同时阵列仍然使用浮动栅极单元架构，进一步提高了我们3D NAND产品的效率。

　　为实现性能更好的架构，美光研发了一种阵列架构可变的替换栅极NAND工艺。这种阵列架构与CMOS和互连布线集成在一起，以发挥CMOS阵列下的效率优势，同时还结合了具有较低电阻率和增强编程性能的金属栅极。

　　2020年，我们在128层3D NAND中引入了第一代CuA替换栅极3D NAND，并于2020年4月投入量产。128层NAND的量产爬坡过程很短，因此我们可以专注于快速扩展到176层NAND——128层NAND实际上是为了让我们学习并掌握替换栅极技术。

　　增加到176层需要进一步改进工艺，改变阵列架构，才能实现这一世界领先的技术。

　　虽然其他NAND内存供应商开发了金属栅极NAND解决方案，而美光却选择研发一种新架构，具有金属栅极和电荷捕获单元与CuA相结合的优势，从而提高了裸片区的效率。

　　为了成功地将金属栅极与CuA和电荷捕获单元集成在一起，同时适应所需的相应的写入/读取机制，美光必须不断优化我们的3D NAND架构和工艺技术，以确保这些技术能够顺利地协同工作。电荷捕获、替换栅极和CuA的强大组合切实改进了我们3D NAND的功耗、耐用性和性能等。从人工智能到5G，这些都为当今现代数据密集型工作负载提供了强大的支持。

　　Kunal Parekh:我们将专有的替换栅极技术视为一种创新架构，能够满足对NAND日益增长的需求。传统的浮动栅极NAND技术的局限性给性能和容量设计带来限制。造成这种困难的原因在于单元的几何结构和组成，导致单元间非常复杂的电容耦合，以及更小的电极柱蚀刻要求等问题。

　　采用了替换栅极NAND后，性能、电源效率和容量限制都放宽了，从而使我们能够满足未来存储解决方案的需求。美光的替换栅极3D NAND之所以克服了这些限制，是因为它采用了一种高效的设计，使单个单元不受电容噪声的影响，提高了写入性能，并通过减少所需的编程脉冲来提高电源效率。替换栅极NAND更大和更均匀的电极柱蚀刻可实现更高的堆叠，从而增大了数据密度和存储总容量。最终，在不降低性能的情况下增强了耐用性。

　　因此，我们认为替换栅极是最好的解决方案，原因在于：1）消除堆栈高度限制，提高了存储容量；2）减少了编程时间，降低了算法复杂度，从而最大限度地提高了写入性能和电源效率；3）延长了每个部件的耐用性和使用寿命；4）与我们的CuA技术吻合的很好，显著提高了闪存的性能和灵活性。

　　这就是为什么替代栅极能够为我们继续快速扩展3D NAND技术奠定坚实的基础。

　　至于未来发展，随着我们推进闪存创新，为满足当今以数据为中心的企业和新出现的应用场景不断变化的存储需求，我们将继续根据需要来优化替换栅极技术。

　　Kunal Parekh:美光的多项技术突破在业界遥遥领先，使得3D NAND的位密度和性能得以快速提升。我们凭借独特的CMOS阵列下架构实现了业界领先的3D NAND单元尺寸。

　　2016年：美光推出业界密度最高的32层3D NAND，首次批量出货采用了CuA的3D NAND

　　Kunal Parekh:NAND闪存面临的最大挑战是如何持续不断的提高数据密度并降低成本，同时提高系统级的性能和可靠性，而这正是市场所期望的。美光持续致力于创新，从而能够突破这些障碍。[1] [2关键字：引用地址：美光科技176层NAND深入解读：电荷捕获、替换栅极和CuA

　　集微网消息，据台湾科技新报报道，近日传出厂房制程所需的氮气出状况，造成逾半晶圆报废，厂房目前仍处停工状态，接下来 DRAM 供货恐受影响。 根据科技新报取得的消息，华亚科厂房近日传出制程所需氮气出现状况，气体污染造成约 6 万片晶圆报废，华亚科厂房为双子星结构，一厂可容纳两座 12 吋厂，两厂月产能可达 12 万片以上，此次逾半产能晶圆报废，影响不可谓小。 最新消息，美光桃园厂营运长叶仁杰对此事件严正否认。 他表示，美光桃园厂并没有任何氮气外泄事件，气体皆在管线中，仅是些许厂务问题，一切事件都在控制之中，没有任何的工安问题，且厂务也快速修复完工，对于产能完全没有任何影响。 半导体市场目前已进入拉货旺季，不论是移动型DRAM

　　3D NAND存储器市场看俏，但几个有关的技术问题和误解也随之而来... 3D NAND存储器自从2013年8月以来已经成功地投入市场。虽然，3D NAND仍然比平面NAND更昂贵，但大家都期待它将有助于快速地降低NAND的成本，以及取代平面NAND。但这是为什么呢？事实上，3D NAND仍然存在着目前无法轻易克服的许多问题。 因此，我想在本文中讨论与3D NAND有关的几个技术议题以及一般对它的误解。首先看看有关3D NAND的技术问题。 超大单元尺寸：通道孔的长宽比更高，导致较大的单元尺寸。此外，钨丝狭缝为超大有效单元尺寸增加了额外的面积。例如，三星(Samsung)采用15nm节点的32层(32-layer) 3

　　究竟出了什么问题？ /

　　美国从事半导体相关市场调查的IC Insights发布预测称，NAND闪存市场将迎来价格上升局面。IC Insights预测，由于在需求增加的情况下各大厂商减少设备投资，造成供需紧张，因此到2012年之前平均销售价格将继续保持上升趋势。 IC Insights自1993年开始就NAND闪存市场进行调查以来，NAND闪存的供货量低于上年业绩的只有2001年一次。该公司预测，今后到2013年供货量将稳步增加。全球经济低迷的2009年也不会例外。 供货容量也将大幅增长。即使是全球经济低迷的2009年，预计也将比上年增加83％。韩国三星电子（Samsung Electronic）和美国美光科技(Micron Tech

　　NAND闪存已经成为固态存储的现行标准，并且正在向3D立体堆叠和更新工艺迈进，不过它也存在诸多问题，尤其是寿命随着工艺的先进化而不断缩短，TLC格式也引发了诸多质疑，因此研发一种可取而代之的新式非易失性存储技术势在必行。 这其中最有希望的就是电阻式RAM(简称RRAM)，三星、闪迪等巨头都在投入，但走在最前列的是一家美国创业公司Crossbar。 Crossbar成立于2010年，总部位于加州生克拉拉，已融资5000多万美元。公司的很多创业人员都来自密歇根大学，首席科学家、联合创始人Wei Lu(卢伟)就是那里的副教授。团队现有40-45人，大多都有深厚的半导体研发背景。

　　据日经亚洲评论报道，长江存储计划今年将产量提高一倍，并开始率先生产192层3D NAND闪存。 两名知情人士表示，长江存储计划到2021年下半年将存储芯片的月产量提高一倍，至10万片晶圆，约占全球总产量的7%。这将有助于该公司缩小与全球先进制造商之间的差距。据悉，三星电子目前每月约生产48万片晶圆，而美光的月产能约为18万片。 报道指出，长江存储除计划增产外，也在加快技术开发进程。 知情人士表示，长江存储最早将于2021年年中试产第一批192层3D NAND闪存芯片。不过，因先进工艺的复杂性，需要时间确保量产芯片质量，这一计划有可能会被推迟到今年下半年。 长江存储于

　　闪存进发，长江存储计划今年将产量提高一倍 /

　　新增NOR Flash、NAND Flash等产品，世强与国内存储及物联网芯片产业的龙头企业兆易创新（GigaDevice）签约。 兆易创新旗下Flash 累计出货量超过100亿颗，其 NOR Flash、NAND Flash，具有高可靠性、低功耗及适应便携式应用等特点，并已通过SGS ISO9001及ISO14001等管理体系的认证，可广泛应用于手持移动终端、消费类电子产品、个人电脑及周边，网络、电信设备、医疗设备、办公设备、汽车电子及工业控制设备等领域。 本次签约后，世强不仅可提供优质低价的兆易创新元件供应服务，保障大量现货库存、1PCS起购、最快当日发货，还可提供兆易创新相关的资料的下载、选型帮助服务、样品服务、技

　　Flash产品 /

　　根据集邦科技(Trendforce)旗下研究部门 DRAMeXchange 调查，虽然明年全球经济的复苏状况比市场原先预期稍缓，但先进国家市场的经济仍将持续复苏，明年下半年电子产业季节性旺季需求也可望比今年明显改善；在 NAND Flash 需求方面， 2011 上半年虽可能仍受淡季因素影响，而呈现供过于求的状况，第一季在中国农历年假期与平板电脑及智能手机新机种上市的助益下， NAND Flash 市场受淡季的影响程度将会低于第二季。 DRAMeXchange 指出，由于近期主要的 NAND Flash 厂商均已考量将稍微放缓明年产出成长的速度，以纾缓明年市场供过于求的影响，因此 2011 下半年在新产品上市及旺季效应需

　　Flash市场：上半年恐供过于求 /

　　12月5日消息，据国外媒体报道，IBM和美光公司近日宣布，美光公司将开始生产一款新的存储芯片—采用3D制程的商用芯片。这一芯片将使用IBM的3D芯片制程硅穿孔芯片制造技术(through-silicon vias; TSVs)。 IBM在一份声明中称，IBM的3D芯片制程硅穿孔芯片制造技术能使美光的混合式记忆体立方体（HMC）的传输速度达到当前技术的15倍。 IBM将在12月5日于美国华盛顿举行的IEEE国际电子装置会议上展示它的3D芯片制程硅穿孔芯片制造技术（TSV）。 美光的混合式记忆体立方体的一部分将在IBM位于纽约的晶圆厂进行生产，使用该公司32纳米high-K金属闸极硅晶技术制造。 美光的混合式记忆体立

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