文章摘要
【关 键 词】 NAND技术、3D NAND、铠侠、西部数据、三星电子
在NAND晶圆厂合资合作伙伴西部数据表示制造成本正在上升而投资回报率正在下降的背景下，铠侠在首尔举行的IWM 2024会议上概述了1,000层3D NAND的技术路线图。日本媒体《PC Watch》报道了铠侠的宣传，通过推断过去的趋势并改进NAND单元技术，铠侠预测到2027年NAND芯片密度将达到100 Gbit/mm2，具有1,000个字线（存储单元）层。
3D NAND层数普遍从2014年的24层增加到2022年的238层，八年间增长了10倍。Kioxia表示，以每年1.33倍的增长率，到2027年将可达到1,000层的水平。提高3D NAND芯片的密度不仅仅是在芯片上堆叠更多层，因为每层的边缘都需要暴露以进行字线电气连接。这为芯片提供了阶梯状轮廓，随着层数的增加，阶梯所需的芯片面积也会增加。这意味着必须通过垂直和横向缩小单元尺寸来增加密度，并将位级别从今天的TLC（3位/单元）提高到QLC（4位/单元）。
所有这些缩放向量（层数、垂直单元尺寸减小、横向单元尺寸减小和单元位水平增加）都带来了各自的技术问题。层数越多意味着蚀刻垂直连接孔（硅通孔或TSV）就越困难，因为TSV尺寸可能会扭曲，通道材料层也会变形。更深的通孔会导致更高的沟道电阻，并且现有的多晶硅（多晶硅）材料将需要通过金属诱导横向结晶（MILC）工艺进行热处理以改性为单晶硅。
它发现的所有问题都通过字线金属变化和通孔蚀刻技术改进等想法得到了解决，但Kioxia的技术人员尚未解决一个问题。那就是制造资本成本以及通过使用制造的NAND芯片销售芯片和SSD来获得这笔支出的回报。西部数据执行副总裁Robert Soderbery本月早些时候在6月10日的投资者会议上直接谈到了这一点，他谈到了NAND的新时代。西部数据指出，3D NAND的制造成本高于2D NAND。3D时代的NAND需要更高的资本强度，但随着位密度的增加，成本降低幅度较小。西部数据没有直接谈论其与Kioxia的合作，称这种情况是“层数竞赛的结束”。Soderbery表示，为了优化资本配置，NAND层数的增长速度将会放缓。值得注意的是，他宣称：“我们不再像仓鼠轮一样在节点迁移。”3D NAND层数节点必须持久耐用、功能丰富且面向未来。换句话说，任何特定节点的使用寿命都将延长，西部数据将寻求在节点级别上实现资本支出回报最大化。Soderbery表示，这意味着其策略将是利用西部数据更强大的客户关系为高端用例提供高端节点。大客户将向西部数据提供需求信息，西部数据将承诺通过制造安排来满足该需求。
三星电子正在积极探索“二氧化铪铁电体”作为下一代NAND闪存材料，希望这种新材料能够堆叠超过1,000层的3D NAND并实现PB级的SSD。氧化铪铁电材料有望取代目前3D NAND堆叠技术中使用的氧化物薄膜，从而提高芯片的耐用性和稳定性。三星高管预测，到2030年左右，其3D NAND可以堆叠超过1,000层。据韩国媒体援引业内人士的话称，三星正与韩国科学技术院（KAIST）合作，加紧开发基于二氧化铪铁电体的3D NAND技术。他们的研发成果将在6月16日至20日在夏威夷举行的2024年IEEE VLSI技术与电路研讨会上展出。
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【原文作者】 半导体行业观察
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