300多层NAND有多难做！SK海力士、铠侠/西部数据都有哪些解决方案？-CFM分析

近两年，我们可以明显感知到存储技术迭代升级相较之前一年一代的速度，步伐已经显著趋缓。

首先DRAM方面，随着制程技术不断微缩至物理极限，进入10nm级别之后，挤牙膏式技术迭代已经延续多年，其中，

· 美光于2022年11月宣布迈入1β节点，至于下一代1γ节点要到2025年开始生产；

· 三星于2021年10月宣布开始量产基于EUV技术的14nm DRAM之后，下一代12nm（1b）工艺于今年5月份才开始量产；

· SK海力士2021年7月宣布量产第四代10纳米1a技术的产品，今年5月份将基于1b技术研发的DDR5服务器DRAM提供至英特尔数据中心存储器认证程序。

来源：CFM闪存市场

NAND Flash领域同样如此，

· 三星2021年量产的第七代3D NAND堆叠至176层，采用双堆叠制程；2022年11月，三星宣布量产全球最高容量1Tb TLC 第八代3D NAND，虽未公开具体堆叠层数，但业界推测可能为236层；至于第九代3D NAND预计将在2024年推出，业界预计达280层，第十代3D NAND将跳过300层区间，达430层，预计将于2025~2026年推出。

· SK海力士今年6月份宣布量产238层4D NAND闪存，并于8月份发布321层4D NAND样品，但是量产时间将在2025年。

· 美光2020年11月宣布量产全球首个176层3D NAND Flash，2022年7月开始量产全球首款232层NAND。

· 铠侠/西部数据2021年3月正式宣布推出162层3D NAND技术，今年3月份发布最新3D NAND技术，堆叠层数达218层。

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当然原因也显而易见，随着终端需求不振，存储行情陷入下行周期，深陷亏损旋涡的存储原厂在削减投资、降本增效的背景下，首要任务应是处理高企库存，加上先进DRAM制程需要用到动辄数亿美元的EUV设备，自然也不急于迭代最新制程。

然而除了经济上的压力之外，产品制程升级带来的技术难度也呈指数级增长，就以NAND技术为例，目前各大原厂已经开始量产200+层堆叠产品，下一代产品大概率将直奔300+层，随着堆叠层数不断增加，在研发过程中，存储原厂需要攻克的技术难题也不断增加，SK海力士、铠侠&西部数据在今年发表的技术文献中有部分相关阐述，我们也得以从中窥探一二。

SK海力士：五大技术多管齐下，提升300+NAND Flash QoS和读写性能

在今年8月份SK海力士展示321层样品时，并未透露过多技术细节，仅粗略介绍该产品为321层1Tb TLC产品。在今年2月份SK海力士发表在IEEE International Solid-State Circuits Conference的文章中详细展示了应用于300+层3D NAND上的技术，以及产品更多技术参数。

文章显示，该产品写入吞吐量达194MB/s，相较上一代第8代产品提升18%；16KB tR由上一代产品45μs提升至34μs，缩短了24%；Bit密度更是由11.55Gb/mm²提升至20多Gb/mm²，增长了73%。

来源：公开信息

当然，如何实现存储密度与QoS(Quality of service,服务质量)及性能同时提升，从技术的角度看，面临的挑战是非常艰巨的。SK海力士在文章中重点介绍了五项技术手段：

1、TPGM（Tripleverify program,三重验证程序）用于提升程序性能；

2、AUSP（An adaptive unselected string pre-charge,一种自适应未选串预充电技术）来减少干扰和编程时间（tPROG）；

3、PDS（A programmed dummy string,编程虚拟串技术）用于减少WL稳定时间；

4、APR（An all-pass rising,全通上升技术）用于减少读取时间（tR）；

5、PLRR（A plane-level read retry,平面级读重试）提高QoS。

由上可以看出，SK海力士已经通过技术调试使得300多层NAND flash拥有更强性能表现，当然SK海力士也强调目前其300多层NAND flash仍处于样品阶段，后续还面临很多挑战，具体产品将有如何性能表现，仍需待产品定型之后才能揭晓。

铠侠/西部数据：通过改进MILC技术和镍吸技术提升单结晶度

随着3D NAND堆叠层数不断提高，存储单元电导下降导致产品性能下降是各大厂商面临的关键问题之一。另一方面，减少多晶硅（poly Si）沟道中的晶界缺陷密度是维持存储单元可靠性以及保持单位存储单元bit数量可持续增长的关键问题。

铠侠文章表示，MILC（Metal Induced Lateral Crystallization,金属诱导横向结晶）技术已被证明可用于超过300层的3D闪存，使得14μm长的垂直硅空心通道实现完全单晶化。此外，通过先进的镍吸技术，使得112层3D NAND展示出更优异的性能，包括读取噪声降低40％以上以及没有影响存储单元可靠性的前提下，沟道电导提升10倍。

来源：公开信息

通过调整Si沉积和退火条件改进的MILC获得超过300 层、长度14μm长沟道Si通孔，来抑制偶发的SPC（Solid phase crystallization,固相结晶），实现了几乎全单晶。TEM图像结果发现，改进的MILC样品显示出完全结晶的Si沟道。

来源：公开信息

结语

近年来，随着PC、手机等大宗消费类电子产品需求见顶，服务器市场需求也因全球经济低迷大幅缩减，全球存储市场行情面临严峻挑战，各大原厂不得不开启减产、削减投资缓解供过于求的市场窘况。在如此背景下，各大厂商在技术推进的脚步上也明显放缓。

然而，长远来看，随着AI应用逐渐落地，全球经济摆脱下行泥潭，第四次工业革命推动生产力实现跨越式发展，存储市场规模也有望迎来新一轮增长。市场恢复繁荣之后，各种新技术也会百花齐放，届时堆叠至数百层的3D NAND是否仍是最匹配终端应用的产品，是否有新形态的存储技术产生也不得而知。