三星48L 3D V-NAND闪存芯片重磅登场

备受瞩目的三星48层V-NAND 3D闪存芯片已经上市。据了解，三星早在2015年8月就宣布推出了256Gb的3位多级单元K9AFGY8S0M 3D V-NAND，称将会用于不同的固态盘中，并且在2016年年初投入市场。正如他们所言，我们在2TB、mSATA、T3便携式固态盘中找到了这种闪存，如图1。

图1：三星T3 2TB固态盘（来源：TechInsights）

打开驱动器，我们发现一个双面电路板，包含4个0.5TB容量的K9DUB8S7M封装，如图2显示。每个封装包含16个48L V-NAND模片，这正是我们要寻找的。

图2：三星T3 2TB固态盘的前后电路板（来源：TechInsights）

图三是封装的横截面，16个模片一个个堆叠起来，使用传统引线键合技术连接。这个模片很薄只有40微米，也许是我们见过的封装中最薄的模片。对比之下，2014年我们拆解的三星32L V-NAND中模片大约是110微米，是4个模片堆叠起来的。

我们见过其他比较薄的内存模片包括Hynix的HBM1内存，用于AMD R9 Fury X显卡中，大约50微米薄，三星DD4的DRAM模片大约55微米薄，有4个堆叠的模片，用TSV连接。

所以40微米是真的很薄，可能接近于可以实现300毫米晶圆而不需要载体晶圆最薄的模片了。这实在让我们感到惊讶。

图3：16个堆叠的三星48L V-NAND模片（来源：TechInsights）

图4中显示了其中一个256Gb模片，它压缩了2个5.9毫米*5.9毫米大NAND闪存芯片。我们可以通过将整个模片区域划分为大约2,600 Mb/mm2的内存大小，计算出内存密度的总量。相比之下，三星的16纳米节点平面NAND闪存测量大约是740 Mb/mm2。所以尽管V-NAND在一个较大的处理节点（~21 nm vs. 16 nm），它的内存密度几乎是16纳米平面式NAND闪存（见图1）的3.5倍。

图4：三星K9AFGD8U0M 256 Gb V-NAND模片（来源：TechInsights）

图1：平面和V-NAND密度

我们刚刚开始分析这个48L V-NAND，图5是从内存阵列部分截取的SEM横截面。我们看到这个堆栈中有55个栅层：48个NAND单元层，4个伪栅，2个SSL和1个GSL。2个V-NAND串，每个有一个由电荷捕获层和金属栅保卫的多晶硅环，在很高的钨填充源极线触点之间是可见的。

图5：48L V-NAND堆栈的SEC横截面（来源：TechInsights）

图6是对V-NAND串顶部的更高倍数放大。多晶硅环形（NAND串信道）的顶表面是由一个连接到叠加位线的钨位线带接触的。金属字线、氧化阻挡层和电荷捕获层保卫着多晶硅沟道层。

图6：V-NAND堆栈的上半部分（来源：TechInsights）

我们现在还无法给你展示这个48L V-NAND阵列精细的结构，因为它刚刚拿到我们的实验室，但是我们可以展示一些在三星32L V-NAND中发现的特性，如图7。多晶环形成的NAND串沟道，接触从基板向上伸出的（SEG）。一个金属栅横在上部，基板则作为相邻源极线的选择性栅级。

多晶硅沟道层是由一个很薄的通道电介质环绕的，就像是由原子沉积层（ALD）形成的一样。一个电荷捕获层，通常是氮化硅，是与这个通道电介质接触的，上面覆盖了氧化物阻挡层。这些也有可能是ALD形成的。阻挡层氧化物和金属栅级（字线）环绕着电荷捕获层。

电荷捕获层对于闪存芯片来说是一个相对较新的设计，因为它通常是采用多晶硅浮栅来保存电荷的。我们看到Spansion在他们的MirrirBit NOR闪存中采用了氧化硅捕获层，但是三星可能是首家在NAND闪存中使用电荷捕获层的厂商。

图7：三星32L V-NAND的TEM横截面（来源：TechInsights）

图8：V-NAND串的TEM平面视图（来源：TechInsights）

直到最近，我们只看到了三星V-NAND以单独的固态盘的形式出现，我们开始猜测最终体现在消费级产品前还需要多长时间。微软在他们的Surface Book和Surface Pro 4笔记本电脑中采用了128GB的V-NAND，我们在今年1月对其进行了拆解，我们相信等待时间不会比这款产品长。

我们还在智能手机中看到了这种闪存，而且我们认为已经在三星Galaxy S7（如图9）的通用闪存存储（UFS）NAND闪存中使用了这种技术。这个32GB的UFS 2.0内存据称比上一代功耗更低、提及更小：eMMC类型的内存模块。我们之前希望它会包含某种32L V-NAND，但是这应该不会了，因为我们发现他们采用的是16纳米NAND闪存。

图9：三星32GB UFS 2.0（来源：TechInsights）

图10：三星16纳米NAND闪存阵列（来源：TechInsights）

我们还在持续搜索智能手机中V-NAND的身影。我们预计三星会率先推出，因为三星曾经在2014年首次推出32L V-NAND，然后在2016年首次向市场推出48L。现在在韩国以及中国西安，都已经有了V-NAND晶圆工厂，我们认为三星是坚定致力于V-NAND的，最终成果就在眼前。