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上一年IEDM(世界电子warm,足金和千足金的差异-ope体育官网_ope体育在线投注_ope体育投注器材会议)期间的一个周日的夜晚,TechInsights举办了一场招待会,Arabinda Das和Jeongdong Choe在会上做了讲演,招引了一屋子的与会者。Ara排骨怎么做好吃binda首要宣告了题为“苹果车险哪家好iPhone的十年进程与半导体技能立异”的讲演,随后Jeongdong评论了“存储器工艺、规划与架构的今天和明日”。

Arabinda大略回忆了iPhone二十岁及其功用组件的开发进程,咱们八成现已忘掉第一台没有相机、指纹传感器、人脸辨认等等功用的iPhone,这肯定唤起了咱们的回忆。

Jeongdong对逆向工程专家们所见的最新存储器技能进行了回忆,并对他们最近的剖析进行了适当具体的总结,我将在本文中具体介绍这些剖析。Jeongdong是TechInsights公司的高档技能人员,也是他们的存储器靳东个人资料技能专家。在参加TechInsights之前,他曾担任SK海力士和三星开发下一代存储器材的研制团队负责人,因而他十分清楚自己的讲演内容。

NAND Flash技能

咱们先来看看NAND flash,到2018年11warm,足金和千足金的差异-ope体育官网_ope体育在线投注_ope体育投注月,前六大制作商的市场份额别离为:三星36%、东芝19%、西部数字15%、美光13%、SK海力士11%、英特尔6%。

Jeongdong每年都发布存储器路线图,下面是更新后的NAND flash路线图。你能够看到,咱们现在进入了1z-nm平面flash年代(或许是13-14 nm,1y为~15 nm)和有4级单元的~96层3D flash年代。路线图是根据已宣告的猜测,但我很难信任咱们将在短短三年内抵达200多层。

图的底部是曩昔几年的技能开展,从平面器材中操控栅从硅化物转向钨开端,然后咱们从两层曝光转变为四重曝光,得到了小于20nm的特征尺度。咱们看到了空气空隙(air gaps)的广泛选用(实际上,美光开端于25nm一代),跟着15/16nm平面部件的全面出产,3D/V-NAND产品也随之推出李多仁。它们运用两种存储技能,别离是电荷圈套技能(charge-trap,将电荷存储在氮化硅层上——三星、东芝/西部数据和SK海力士)和浮栅技能(floating gate,美光/英特尔)。

美光/英特尔还选用了一种不同的layout理念,供给了更大的面积数据密度;他们规划了堆叠,将驱动电路置于阵列之下,然后节约了外围面积,并使芯片更小——他们称之为CMOS-under array (CuA)。他们的64层产品是2x32层堆叠,而96层运用2x48层堆叠。

展望未来,路线图显现最终将多达256层,除了小众运用之外,平面器材将会淡出银耳红枣汤。“4D NAND”好像是SK海力士版别的CuA,而Xtacking则是YMTC在阵列上堆叠CMOS以节约面积的工艺。



关于平面器材,咱们有以下首要厂家的产品序列:



现在为止看到的最小的半节距是三星的14nm 128-Gb芯片,block尺度是1开封景点52个单元:




咱们能够看到英特尔部件的CuA是于娜老公如何将阵列功率提高到挨近90%,然后得到了256-Gb组中最小的芯片。来自iPhone XS Max的SK海力士512-Gb芯片具有简直相同的内存密度,比256-GB部件有了惊人的改善。

从48层技能向64层技能过渡的一个开展是蚀刻用于触摸3D-NAND器材中的字线(wordlines)的“阶梯”。例如,在东芝/西部数据的部件中,由于蚀刻工艺的改善和修整掩模的更改,阶梯的宽度缩小了45%。



即便缩小后阶梯仅占芯片面积的0.82%,这也不是微乎其微的。相同,三星的阶梯宽度减小了27%,阶梯面积仅占0.44%。



咱们还能够比较英特尔/美光的三级和四级单元部件;即便它们都是20warm,足金和千足金的差异-ope体育官网_ope体育在线投注_ope体育投注nm和64层,位密度从4.4 GB/mm2增加到6.5 GB/mm2,简直增加了50%。咱们现在正处于太比特芯片年代,美光公司刚刚发布了1-TB micro-SD 卡,内置8个1-Tb芯片!



在上面的幻灯片中,晶体管级芯片的相片很小,但它们的确能够很好地扩大:



在这些相片中,咱们能够清楚地看到阵列下面的电路密度。接下来是SK Hynix 3D-NAND,它运用了折叠结构。



假如咱们仔细观察,咱们能够看到堆叠从36 - 48 - 72层的演化。36L器材只要一个旁通栅(pass gate),而48L和72L有两个旁通栅,答应两个单元链的公共位线和源线。72L堆叠的中心图画有点紊乱,由于它有两个正交的图画合在一同——右侧是与位线平行的部分,左边是笔直于它们的部分。假如咱们查阿尔兹海默症看别离的图画,PG区域中的孔显现左边部分穿过两个管道栅的下部泡脚,而在顶部能够看到各个位线。



上部和下部堆叠指的是82个栅极堆叠的两级结构。Jeongdong在这次讲演中没有具体阐明,可是他上一年6月在EETimes上宣告了一篇博客,阐明晰通道孔是选用两步蚀刻工艺构成的。估量的工艺次序是:

管道栅极模具成型(下部)

通道蚀刻(下部,42个栅极)

献身层填入孔中

模具成型(上部)

通道蚀刻(上部,40个栅极)

献身层去除

通道构成

这些缝隙和子缝隙是经过一步蚀刻整个堆叠而构成的。在上面的回路原理图中,蓝色概括显现了顶部堆叠和底部堆叠之间的两条虚拟字线的方位,横截面顶用蓝线符号。具体的堆叠将在下一张幻灯片中给出:



讲演评论的最终一个NAND器材是上一年在闪存峰会上展现的YMTC 64L部件。这是他们的第二代3D-NAND技能,运用Xtacking将外围电路放在存储器阵列的顶部,而不是放在下面。YMTC选用面临面晶圆键合:



我在Jeongdong运用的图片上做了注解,以此注明咱们看的东西:



咱们在阵列的边际有典型的阶梯,它们有助于增加每一步的字线数量,标明在顶部有一条虚拟字线,在独自遮罩的挑选栅极下面。

晶片键合为咱们供给了一共七个达马色金属层,三个在阵列中,四个在CMOS中,在单元堆叠中一共有74个钨字线。在YMTCwarm,足金和千足金的差异-ope体育官网_ope体育在线投注_ope体育投注的任何声明中都没有特别说到这一点,但从历史上看,他们与Spansion(现在是Cypress)严密协作,在NOR闪存中运用电荷圈套存储,因而他们的3D-NAND好像也是根据电荷圈套的。

这种黑道之家结合或许是来自Xperi的DBI(直接键合互连)技能——它是上面十分含糊的TEM图画,但它看起来与索尼IMX260堆叠图画传感器(下图)的SEM横截面中的界面相似,咱们知道它的工艺。



Jeongdong用几张总结幻灯片完毕了NAND flash部分,第一张幻灯片描绘了到现在为止3D NAND的立异。这张幻灯片很抢手,所以我就不细讲了,里边有许多立异!除了3D堆叠本身外,还有一些意想不到的功用,如外延(SEG)晶体管(三星)、CuA、双串堆叠(美光),以及管道栅极(SK海力士)。现在,咱们具有了晶圆键合!



摘要幻灯片盯梢了到现在为止的开展状况,并提出了对未来开展的一些关warm,足金和千足金的差异-ope体育官网_ope体育在线投注_ope体育投注注:



对我来说,值得注意的是SK海力士回归到没有管道栅极的传统堆叠,美光大概会回归到四层堆叠的string,以及蚀刻和填充十分高的宽高比通道的一般问题。

讲演的DRAM部分,首要是路线图:


咱们现在现已进入了1x-nm的代际,本年推出了17-nm的器材。假如你信任制作商的话,咱们仍然会每年都推出一代微缩,即便距离变得更小,现在咱们是在20nm以下。几年前,我倾向于以为,在技能抵达极限之前,咱们或许会在1x-nm的某个节点上具有两代产品,但现在看来,咱们至菲妞少会看到四代产品,这或许至少会让咱们坚持到2025年。

从节点的时刻趋势能够看出微缩速度的放缓:


Elpida在被美光收买之前就现已停滞不前,Nanya也是如此。

Jeongdong还向咱们供给了一些最老夫聊发少年狂近的美光存储器的细节,能够看到,在8-GB芯片中,位密度现在鹰嘴豆抵达了0.167 Gb/mm2。


然后,咱们看看AMD和英伟达GPU,阐明晰HBM(高带宽内存)和HBM2的运用、以及从GDDR5X迁移到GDDR6时带安顺天气预报宽和速度的增加。


说到HBM会让人联想到美光的HMC(混合存储立方体),它现在现已演进到了HMC2。开始的HMC用于英特尔Knight‘s Landing处理器,这是一种4-stack DRAM,底部是IBM制作的操控器芯片,用硅通孔(TSV)相连。HMC2好像是作为一个独立产品推出的,但它仍然是带有操控器的4-stack,HMC和HMC2都运用30nm级DRAM。

HBM和HMC都运用TSV,但它们是不同的东西;HMC有它的操控器芯片,并彻底封装在PCB基板上;而HBM是与silicon interposer一同运用的。但是,美光现已宣告停止运用HMC,所以即便咱们看到了它,它也不会再存在很长时刻了。


DRAM部分的最终一张幻灯片介绍了索尼和三星用于手机摄像机的CMOS图画传感器(CIS)和处理器(ISP)。在索尼IMX400中,DRAM被夹在CIS和ISP之间;CIS与DRAM脸对马里亚纳海沟背装置,DRAM与ISP面临面装置。将DRAM放在stack中能够让相机体系以960帧/秒的速度运转,然后完成慢镜头功用。IMX400是在索尼Experia XZ手机上发布的,其时咱们宣告了一篇博客。


三星S5K2L3 ISOCELL快速成像选用了不同的方法——CIS和ISP传统上是面临面放置的,并运用TSV进行电气衔接,规范DRAM芯片现代朗动在ISP上面临背进行微凸点衔接。微凸点将DRAM上的重散布层(RDL)衔接到ISP反面的根据Cu的RDL,然后将它们衔接到TSV,经过ISP基板衔接到前端金属。DRAM芯片周围还有一个虚拟芯片。




新式存储技能


Jeongdong在讲演的最终部分回忆了新式存储技能——虽然有些存储器有多“新”还有待评论,由于它们现已面世一段时刻了。路线图如下:


例如。Everspin现在现已制作了各种类型的MRAM,相变存储器(PC-RAM)现已被多家公司屡次试用,而富士通多年来一直在出产FeRAM。伤风能吃鸡蛋吗

第一个比如是Adesto CBRAM(导电桥RAM),他具体介绍了第一代和第二代CB存储器之间的改变。


在结构上,桥层现已从银/锗硫化物变为根据碲的多层叠层,我以为它的温度敏感性不如银。

然后,他向咱们展现了256-Mb EverSpin第二代STT-MRAM,它运用了DDR3格局的笔直-MTJ(磁性地道结)技能。


作为完毕讲演的3D-Xpoint幻灯片的引导,他提示咱们PC存储器现已存在了一段时刻,咱们现已从128 Mb、90nm工艺开展到16Gb、20nm工艺:

看来,至少在英特尔Optane版别的3D Xpoint中,存储器层次之间(即金属4和金属5之间)有虚拟存储块,它们没有驱动电路,所以电路区域与存储阵列区域不同。双stack存储单元也存在结构上的差异,在较低的单元中,好像并没有存储层和挑选层(虽然在这幅图画中warm,足金和千足金的差异-ope体育官网_ope体育在线投注_ope体育投注有许多它们的暗影,但消失的或许是样本的虚像)。但是,中心的钨字线是显着分隔的。


这两层的堆叠无疑会增加工艺的杂乱性,由于咱们必须将堆积、蚀刻和光学过程加倍;在底层,字线坐落仓库的顶部,而顶层仓库的底部有字线;而位线鞭辟入里则相反。

在M4和M5之间增加存储层对这些层之间的通孔结构带来了其他应战,需求更多的掩模层和相关的本钱。上面的字线和位线实际上是从下面衔接的,例如,位线有一个sub-via的仓库,能够抵达warm,足金和千足金的差异-ope体育官网_ope体育在线投注_ope体育投注最高的位线层次。


在平面图中,它看起来相同杂乱,所以这就提出了一个问题:假如咱们想要的不仅仅是双堆叠结构,咱们该怎么办?(BE/ME/TE 别离代表底部/中部/顶部电极。)


现在正在运用的是两层曝光,但当然也有或许运用四重曝光,乃至是EUV,或许是多堆叠或3D结构:


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