英特爾與美光閃存研發(fā)策略聯(lián)盟的分道揚(yáng)鑣，為閃存技術(shù)的路線之爭揭開序幕

　　最近的新聞報導(dǎo)指出，英特爾(Intel)與美光(Micron)閃存研發(fā)策略聯(lián)盟的分手，肇因于對未來3D NAND Flash發(fā)展的看法差異，想來合理，且早有征兆。

　　NAND Flash的結(jié)構(gòu)只比一般CMOS要復(fù)雜一點(diǎn)。CMOS結(jié)構(gòu)最上層是金屬閘極，最底下是源極和漏極，閘極和源極與漏極之間以氧化層相隔。NAND Flash就只在氧化層中再加入一層結(jié)構(gòu)以儲存電荷，以此層中電荷的有無影響CMOS電壓閾值以代表儲存的「0」或「1」訊號。

　　儲存電荷的這一層材料有講究，因而NAND Flash的制程分為兩派。浮動閘極(floating gate)一派用多晶硅(polycrystalline)，常用來做閘極的導(dǎo)電物質(zhì)；電荷捕捉(charge trap)一派則用氮化硅(silicon nitride)此種絕緣體。差異在電荷能否在此層中流動與否，因此兩種NAND Flash的制程和特性相差極大。

　　理論上電荷捕捉因?yàn)榻^緣體的材質(zhì)會有幾個好處：制程簡單、晶粒尺寸小、可靠性高、良率也高(因?yàn)樗鼘Υ藢优c底層源、漏極之間氧化層缺陷的耐受度較高)，又因?yàn)殡姾捎谄渖喜粫杂闪鲃樱粋€電荷捕捉節(jié)點(diǎn)上就可以儲存2個甚至3個位元。盡管理論上有這么多好處，但NAND Flash在平面制程時代的主流制程還是浮動閘極。用電子捕捉制成的產(chǎn)品不僅良率未能令人滿意，資料寫入速度更需要耐心，即使做成最低階的micro SD卡也嫌慢，在山寨手機(jī)年代有個渾稱叫「慢慢卡」。

　　但是到了3D NAND Flash時代事情有了中轉(zhuǎn)，制程主流變成電荷捕捉，浮動閘極技術(shù)只有美光和英特爾聯(lián)盟使用。一般文獻(xiàn)上只說電荷捕捉適于垂直元件，詳細(xì)的原因是3D制程在高度方向的側(cè)面沒法子做光刻，只能依物質(zhì)的特性做選擇性蝕刻。所以在3D制程中垂直方向的各層元件能共享的物質(zhì)越多越好，制程越簡單。電荷捕捉由于使用絕緣體氮化硅當(dāng)電荷儲存器，而電荷并不會在上下層不同元件之間流竄，所以整條上下堆疊的NAND Flash可以共享相同的一層氮化硅，而不必在每層之間(就是每個NAND Flash cell)截斷，這在制程簡化和良率提升上自然是利多。于是美光在未來技術(shù)路線圖上開始轉(zhuǎn)向電荷捕捉技術(shù)，至于英特爾則仍維持原來的浮動閘極路線，成為分手的主因。

　　用這個觀點(diǎn)來檢視美光前一陣子發(fā)布的64層NAND Flash產(chǎn)品就豁然開朗。它有兩點(diǎn)令人驚艷，一是它的顆粒面積較小，因?yàn)樗言劝仓迷谥苓叺倪壿嬀€路全藏到存儲器下方。另一個是層間距大幅縮小，相信這是美光充分利用了電荷捕捉制程的理論好處－晶粒尺寸小，而晶粒尺寸小在3D制程對應(yīng)的就是層間距，因?yàn)榫ЯＪ侵睌[著。層間距是未來3D制程競爭的一個重要參數(shù)，層間距小，存儲器的高底比(aspect ratio)就小，深溝(trench)或孔洞(hole)的蝕刻和濺渡做的都比較輕松。

　　技術(shù)陣營的消長往往也牽動商業(yè)競爭。當(dāng)年DRAM制程有深溝(deep trench)電容與堆疊(stack)電容兩大陣營，堆疊電容的產(chǎn)能較多，深溝電容制程所需的制程設(shè)備就無法得到設(shè)備廠商的充分支持，現(xiàn)在生存的都是采用堆疊電容制程的廠商。讓我們看歷史會不會重演。