3D NAND原厂技术比拼，哪家垂直单元效率更高？

近日市场研究机构Techinsights对于三星、SK海力士/Solidigm、美光、KIOXIA/WD、YMTC的200层以上的3D NAND Flash进行了对比分析，发现三星的垂直单元效率 (VCE，vertical cell efficiency) 是最高的。

传统的NAND闪存单元采用平面晶体管结构，包括控制栅极（Control Gate）和浮动栅极（Float Gate）。通过向单元施加电压，电子在浮动栅极中存储和移除。

多年来，供应商将平面 NAND 的单元尺寸从 120nm 缩小到 1xnm 节点，使容量增加了 100 倍。然而，当单元尺寸达到了 14nm 的极限，这意味着该技术不再可扩展，由此NAND原厂纷纷转向3D NAND，以实现超过 2D NAND 结构的数据密度，并能够在更新一代的技术节点上制造。

具体来说，平面 NAND 由带有存储单元的水平串组成。而在 3D NAND 中，存储单元串被拉伸、折叠并以“U 形”结构垂直竖立。实际上，这些单元以垂直方式堆叠以缩放密度。因此，3D NAND存储单元有多个层级。

3D NAND的层数描述了堆叠在一起的字线（Word Line）数量。在这些字线层上切出一个垂直柱，柱子与每条字线的交点代表一个物理单元。也就是说，每个 3D NAND 存储单元都类似于一个微小的圆柱形结构。每个微小单元由中间的垂直通道和结构内部的电荷层组成，通过施加电压，电子可以进出绝缘电荷存储膜，然后读取信号。

平面 NAND 在每个节点上都减小了单元尺寸，而 3D NAND 则采用了更宽松的工艺，大约在 30nm 到 50nm 之间。3D NAND 内存容量的扩展主要是通过添加垂直层来实现的，在这种3D NAND结构中，单元密度会随着堆栈中层数的增加而增加。然后，每隔一到两年，供应商就会从一代技术迁移到下一代技术。

根据研究数据显示，供应商平均每代 3D NAND 都会增加 30% 至 50% 的层数。而每一代新的芯片将会增加 10% 至 15% 的晶圆成本。这也使得NAND 的每bit成本能够平均以每年约20%幅度降低。

现在，超过200层的TLC NAND 产品已经逐渐成为主流，比如三星236层NAND 、SK 海力士 238层NAND、美光 232层NAND 、YMTC 232层NAND。此外还有一些接近200层的厂商，比如铠侠（KIOXIA）和西部数据的 112层/162层NAND 和 Solidigm 的 144层/ 192层 (FG) NAND。

△Techinsights从 SK 海力士 2TB SSD PC811 HFS002TEM9X152N (设备：H25T3TDG8C-X682) 中提取了 SK 海力士 238L 512 Gb 3D NAND 芯片，该芯片尺寸为 34.56mm²，位密度为 14.81 Gb/mm²。

谈到 3D NAND 单元效率，垂直单元效率 (VCE，vertical cell efficiency) 对于 NAND 单元工艺、设计、集成和设备操作而言非常重要。

随着堆叠的总栅极数量的增加，单元 VC（vertical cell）孔高度也会增加。为了降低 VC 高度和纵横比，其中一种方法是通过减少虚拟栅极（dummy gates）、通过栅极（passing gates）和选择栅极（select gates）的数量来提高垂直单元效率。垂直单元效率可以用总栅极中active cell 的百分比来定义，也就是用active WL （Word Line）除以集成的总栅极数来计算。垂直单元效率越高，工艺集成度越高，纵横比越低，整体效率越高。

VCE可定义为活跃单元占总栅极的比例，即Active WL 数量除以总集成栅极数量×100%。例如，一个NAND串由Active WL、通道WL（含dummy WL）和选择器（源极/漏极）组成。若其包含96个Active WL和总计115个栅极，则VCE为83.5%，计算方法为96/115×100%。VCE越高，对工艺集成越有利，能实现更低的纵横比和更高的生产效率。

Techinsights发现，在多代 3D NAND 产品中，三星始终以最高的垂直单元效率领跑行业。他们最新的多层V-NAND 在前几代以高效著称的基础上，拥有令人印象深刻的垂直单元效率。美光和YMTC也在其产品中展示了强劲的垂直单元效率数据，这反映出它们在减少虚拟栅极、通过栅极和选择栅极数量方面取得了显著进步，从而优化了垂直单元效率。

△3D NAND 垂直单元效率趋势

总结来看，三星每一代产品的VCE都是最高的，比如采用单层结构的128层是94.1%，176层COP V-NAND是92.1%，236层2nd COP V-NAND是94.8% 。YMTC的232层Xtacking 3.0的VCE是91.7%，美光232层是91%。KIOXIA 162层的VCE稍低一些，为88%。SK海力士238层共有259个门，VCE为91.9%，仍然低于三星的236L。

编辑：芯智讯-林子

SEMI：2024年月产晶圆要破3000万片大关，中国引领半导体产业扩张

IT之家 1 月 4 日消息，SEMI 近日发布《世界工厂预测》报告，2023 年全球半导体每月晶圆（WPM）产能 2960 万片，增长 5.5% 的基础上，预估 2024 年将增长 6.4%，月产能首次突破 3000 万片大关（以 200mm 当量计算）。

报告指出，在前沿 IC 和晶圆代工产能增加，芯片终端需求复苏的推动下，2024 年半导体行业将进一步复苏。

SEMI 总裁兼首席执行官 Ajit Manocha 表示：

全球市场需求的复苏和政府激励措施的增加，推动了关键芯片制造地区晶圆厂投资的激增，预计 2024 年全球半导体产能将增长 6.4%。

全球对半导体制造业对国家和经济安全的战略重要性的高度关注是这些趋势的关键催化剂。

报告指出从 2022 年至 2024 年，全球半导体行业计划开始运营 82 个新的晶圆厂，其中包括 2023 年的 11 个项目和 2024 年的 42 个项目，晶圆尺寸从 300mm 到 100mm 不等。

中国引领半导体产业扩张

在政府扶持等激励措施的推动下，中国有望提高其在全球半导体生产中的份额。

该报告预估在 2024 年，中国芯片制造商将有 18 个项目投产。2023 年每月晶圆产量为 760 万片，同比增长 12%，而 2024 年预估达到 860 万片，同比增长 13%。

中国台湾地区排名第二。2023 年每月晶圆产量为 540 万片，同比增长 5.6%，而 2024 年预估达到 570 万片，同比增长 4.2%。

韩国芯片产能排名第三。2023 年每月晶圆产量为 490 万片，而 2024 年预估达到 510 万片。

日本排名第四，2023 年每月晶圆产量为 460 万片，而 2024 年预估达到 470 万片，随着 2024 年四座晶圆厂的投产，产能将增加 2%。

代工产能持续强劲增长

代工厂预计成为最大的半导体设备买家，2023 年产能将增至每月 930 万片晶圆，2024 年产能将达到创纪录的每月 1020 万片晶圆。

由于包括个人电脑和智能手机在内的消费电子产品需求疲软，存储领域在 2023 年放缓了产能扩张。

DRAM 领域预计 2023 年产能将增加 2%，达到每月 380 万片晶圆，2024 年产能将增加 5%，达到每月 400 万片晶圆。

3D NAND 的装机容量预计在 2023 年将持平于每月 360 万片晶圆，2024 年将增长 2%，达到每月 370 万片晶圆。

IT之家附上报告原文地址，感兴趣的用户可以深入阅读。

相关问答

今年内存,固态硬盘SSD等存储产品的价格一直不下,令很多期待更新SSD的小伙伴只能望洋兴叹,徒有无奈。那是什么导致这个问题呢?究其原因,存储大厂进行2DAND...3D...

3DNAND可带来更好的性能,更低的成本以及更高的密度。3DNAND也称为V-NAND,旨在克服2DNAND在容量方面的限制。3DNAND架构可在不牺牲数据完整性的情况下扩展...

朗科的N500SSSD采用3DNANDFlash存储颗粒,提供60GB/120GB/240GB/480GB/960GB的容量选择。N500S支持TRIM、S.M.A.R.T和Dev-Sleep...

随着技术的普及,越来越多的品牌加入了固态硬盘的市场竞争。今天,雷克沙(Lexar)发布了ProfessionalNM700系列NVMe固态硬盘新品。其采用了M.22280的标...

Micron5300Pro3.84T是一款高性能的企业级固态硬盘。它采用了先进的3DNAND技术,具有出色的读写速度和持久性。它的容量为3.84TB,适用于大规模数据存储和处...

.1.朗科的固态硬盘采用的是TLC(TripleLevelCell)芯片技术,这种技术的成本相对传统的MLC(Multi-LevelCell)技术要低得多,所以可以降低朗科固态硬盘的价格.....

最明显区别就是容量不一样,相差的一倍。1、通常来说256G和512G固态硬盘首先区别在容量上。有一些品牌的固态硬盘在不同的容量上还会有2D或者3DNAND工艺的区...

西数E元素和随行版都是西数科技公司推出的SSD产品系列,但它们在一些方面有所不同。1.主要应用领域:西数E元素主要面向个人用户和消费者市场,适用于家庭和个人...

SN550是一款高品质的固态硬盘,容量从250GB到2TB不等。它采用了WesternDigital的3DNAND技术,提供了快速的读取和写入速度,支持NVMePCIe接口,最高读写速度可...

肯定买512的好呀,因为在选购固态硬盘的时候,一般容量越大,价格也越高,那么是不是容量越大越好呢?最近有网友纠结怎么选固态硬盘256g和512g,不知道电脑固态硬...