长江存储、三星、SK海力士、美光、铠侠 3D NAND垂直单元效率比较

来源：techinsights

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当谈到3D NAND单元效率时，垂直单元效率（VCE）在NAND单元工艺、设计、集成和器件操作中尤为重要。随着堆叠总门数的增加，单元的VC孔高度也随之增加。为了减少VC高度和长宽比，其中一种方法是通过减少虚拟门、通道门和选择门的数量来提高垂直单元效率。垂直单元效率可以定义为总门数中有效单元的百分比，这意味着它可以通过有效WL数除以集成总门数来计算。

例如，一个NAND串由有效WL、通道WL（虚拟WL）和选择器（源端和漏端）组成。如果它有96个有效WL和115个总门数，那么垂直单元效率为83.5%，可以通过96除以115得到。垂直单元效率越高，对于工艺集成、较低的长宽比和较低的吞吐量越有利。

3D NAND垂直单元效率趋势：三星、SK hynix/Solidigm、美光、铠侠/西数、长江存储

三星在每一代产品中都有最高的VCE。例如，128L的单层结构VCE为94.1%，176L的COP V-NAND为92.1%，236L的第二代COP V-NAND为94.8%。

SK hynix 238L有259个总门数，VCE为91.9%，仍低于三星的236L。

长江存储232L Xtacking3的VCE为91.7%，位居第三。

美光232L为91%。

铠侠162L的VCE稍低，为88%。

3DNAND原厂：哪家芯片存储效率更高？

随着数据存储需求的日益增长，3D NAND闪存技术凭借其高密度和低成本特性，已成为非易失性存储领域的关键技术。为满足面积密度的持续缩放趋势，3D NAND层数不断增加，这促使了双层乃至三层架构的出现，以避免对更复杂蚀刻工艺的需求。然而，这种多层结构在两层交界处引入了新的可靠性挑战。

近期，TechInsights对从SK hynix 2TB SSD（型号H25T3TDG8C-X682，使用PC811 HFS002TEM9X152N设备）中提取的SK hynix 238L 512 Gb 3D NAND芯片分析，并针对市场上的主流产品包括三星236L、SK hynix 238L、美光232L以及长江存储232L等2xx层TLC NAND产品，同时还有KIOXIA和西部数据的112L/162L以及Solidigm的144L/192L（FG）产品线，作了对比分析：

其中，有一个评估3D NAND单元效能时的关键指标，

垂直单元存储效率(VCE， vertical cell efficiency)，它对NAND单元的工艺、设计、集成及设备运行至关重要 。随着堆叠的总栅极数增加，单元VC孔的高度也随之上升。为降低VC高度和长宽比，一种策略是通过减少dummy栅极、通道栅极和选择栅极的数量来提升垂直单元效率。VCE可定义为活跃单元占总栅极的比例，即活跃WL（Word Line）数量除以总集成栅极数量。

例如，一个NAND串由活跃WL、通道WL（含dummy WL）和选择器（源/漏极）组成。若其包含96个活跃WL和总计115个栅极，则VCE为83.5%，计算方法为96除以115。VCE越高，对工艺集成越有利，能实现更低的长宽比和更高的生产效率。

三星在每一代产品中均保持最高的VCE水平，如单层结构的128L达到94.1%，176L COP V-NAND为92.1%，而236L第二代COP V-NAND则达到了94.8%。长江存储的232L Xtacking3 VCE为91.7%，美光232L为91%。KIOXIA的162L产品VCE稍低，为88%。SK hynix 238L拥有259个总栅极，VCE为91.9%，尽管较出色，但仍略低于三星的236L水平。

随着3D NAND技术向更高层数发展，提高垂直单元效率成为降低制造复杂度、提升成本效益的关键因素，而各存储巨头之间的技术竞赛也正围绕这一核心指标激烈展开。

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附：NAND技术最新路线

2024年第二季度，3D NAND闪存技术路线图迎来了最新更新，展现了存储技术领域的快速发展和竞争格局。以下是对主要厂商技术进展的深入分析：

三星（Samsung）

V7世代：三星已将单层结构改为双层结构，并将2D外围阵列设计转变为Cell-on-Periphery（COP）集成。目前，三星已向市场推出第二代COP结构的V8 236层1Tb TLC产品。

最新发布的V9代为接近300层的286层产品，再次体现了其在层数上的突破。三星还将引入混合键合技术（hybrid bonding），类似于铠侠（KIOXIA）即将推出的218层CBA技术和长江存储（YMTC）现有的Xtacking技术。

V6P版本：三星为990 EVO新增了133层V6 Prime（V6P）版本，作为128层V6的补充。133层为单层结构，无COP设计，总门数为133，有效字线数由128增至133，512Gb裸片上两个面各有两个子平面，速度提升至1600MT/s。

铠侠（KIOXIA）和西部数据（WDC）

继续沿用BiCS结构，当前市场上主要为112层（第5代）产品，去年推出了162层的第6代BiCS，但该代产品生命周期可能较短。

计划跳过第7代，直接进入BiCS第8代，第直接采用218层，后续正在开发284层的产品，两者都将采用两片晶圆的混合键合技术。若300层以上技术进展顺利，可能会跳过284层。

美光（Micron）

美光在128层时从FG CuA转为CTF CuA集成方式，已推出176层和232层产品。

目前正开发第7代产品，预计低于300层，类似三星的286层，未来可能直接跳至400层以上。

SK海力士（SK hynix+Solidigm）

Solidigm（原Intel NAND业务）已推出144层QLC NAND，采用三甲板设计。192层QLC已面市，下一步将迈向更高层数，但其计划受SK海力士影响存在变数。

SK海力士继续采用4D PUC结构，V7 176层产品将在2024年持续供应，而238层V8 4D PUC产品将很快广泛应用于市场。去年已宣布321层V9 4D PUC样品，下一个节点可能为3yy层（如370层或380层），位于400层以下。

长江存储（YMTC）

Xtacking结构：长江存储采用双晶圆混合键合的Xtacking结构，跳过了176层，直接进入232层。在开发232层之前，长江存储内部曾有过192层和198层样品，但最终选择了直接过渡到232层。

下一代G5产品将拥有超过300层，并采用Xtacking 4技术。由于受到美国芯片禁令影响，长江存储可能将更多精力转向已发布的128L和232L QLC设备，并为未来3D NAND开发多Xtacking技术。同时，长江存储正对包括美光在内的NAND竞争对手提起专利诉讼。

旺宏（MXIC）

旺宏已向市场提供了首款3D NAND产品，如为任天堂Switch提供的48层3D NAND芯片，目前正在采购相关零部件。旺宏正在开发第二代96层产品。

2024年内，200层及接近300层的3D NAND产品将成为市场主流，预示着存储密度和性能的新一轮飞跃。

未来两到三年内，市场有望见到超过500层乃至600、700层的3D NAND产品，这将依赖于更先进的混合键合技术和优化的铁电材料，以及低温HAR蚀刻技术。

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