Пять лет назад компания Samsung начала курс на перевод производства флэш-памяти из горизонтального положения в вертикальное. К этому времени вопрос наращивания плотности NAND-флэш упёрся в технологические нормы производства. Ячейка NAND, выполненная с техпроцессом менее 15 нм уже не могла хранить достаточно заряда для надёжной записи и считывания данных. Различные схемотехнические (ECC и другое) и технологические ухищрения могли бы решить проблему дальнейшего снижения масштаба техпроцесса, но это потребовало бы неоправданных финансовых затрат и не решило бы проблему дальнейшего снижения стоимости хранения данных.

Компания Samsung начала создавать слоистую структуру кристалла с ячейками памяти вокруг сквозных вертикальных отверстий с кремниевым материалом. Подчеркнём, отверстия (и ячейки, и слои) создаются в сплошном слое кристалла, а не представляют собой стековое сочленение нескольких кристаллов. Иначе говоря, многослойный 3D NAND чип создаётся в едином технологическом цикле. Таким образом, производители дошли до выпуска 64-слойной и 72-слойной (если говорить о SK Hynix) памяти 3D NAND. А что будет дальше, на конференции International Memory Workshop 2018 (IMW) рассказали специалисты компании Applied Material.

Наращивать число слоёв сверх 64/72 уровней представляется экономически невыгодным. Это значительно удлиняет технологический цикл. Поэтому память с 96 слоями уже будет состоять из двух с великой точностью совмещённых 48-слойных кристаллов. В этом кроется вызов, ведь точность совмещения должна быть предельная, и при этом в ходе спайки кристаллов ещё надо суметь не разрушить нижний слой.

Параллельно необходимо заботиться о снижении толщины слоёв и, следовательно, об уменьшении толщины стеков. Так, специалисты прогнозируют, что по сравнению с первой 32-слойной памятью толщина слоя 140-слойной 3D NAND снизится с 70 нм до 45-50 нм. Но даже это приведёт к увеличению толщины кристалла (стека) с 2,5 мкм до 8 мкм.

Помимо этого со временем вновь станет острым вопрос с посадочной площадью кристаллов. Для уменьшения площади придётся разрабатывать новые затворные структуры и подбирать новые материалы, например, переходить к металлическим затворам. Ещё одной возможностью для снижения площади кристалла 3D NAND представляется технология CUA (CMOS Under Array), которая позволит перенести управляющую и контактную группу 3D NAND под массив памяти, а не располагать всё это хозяйство рядом с массивом на кристалле. Проще говоря, у небоскрёба 3D NAND появится подземный гараж вместо парковки под домом. Осталось всё это воплотить в жизнь. И ведь воплотят!