Аналитики компании Applied Materials, одного из крупнейших производителей оборудования для полупроводниковой промышленности, прогнозируют освоение ведущими производителями флеш-памяти технологии «140+»-слойной 3D NAND в 2021 году. Под «140+» подразумевается пока ещё не утверждённое количество слоёв NAND флеш-памяти, которое, по-видимому, будет кратно 16 (144 или 160 слоёв) или 18 (144 или 162). Своё видение будущего памяти 3D NAND представители Applied Materials изложили в докладе, подготовленном к конференции IEEE International Memory Workshop (IMW), которая проходит в эти дни в г. Киото (Япония).
Согласно Applied Materials, для работы с полутора сотнями слоёв кремния потребуется использование новых материалов, без которых невозможен переход к слоям 45–50 нм толщиной. Для получения более тонких слоёв необходима оксидная плёнка с лучшими характеристиками, чем у имеющихся, а также новые полупроводниковые материалы из числа нитридов.
Сегодня толщина кремниевых слоёв варьируется от 70 нм в 32–36-слойном кристалле 3D NAND до 55 нм в 96-слойном. Несмотря на меры, предпринимаемые для уменьшения толщины кристалла (die), его высота увеличится с 2,5–5,5 мкм у используемой сегодня памяти до примерно 8 мкм в «140+»-слойной.
Увеличение количества кремниевых слоёв в первую очередь связано с увеличением объёма микросхем. Актуальная технология производства 64-слойной флеш-памяти позволяет изготавливать 8-Тбит (1-Тбайт) чипы 3D NAND (например, как в серверных SSD Samsung PM1643) при плотности данных в 8 Гбит на один слой флеш-памяти и в 512 Гбит на один кристалл. Шестнадцать кристаллов 3D NAND формируют одну 1-Тбайт микросхему. В пятом поколении Samsung V-NAND с применением 96-слойных кристаллов памяти 3D QLC объём одного чипа вырастет вдвое — до 16 Тбит.
Каким будет максимальный объём чипов «140+»-слойной памяти через три года, пока можно только догадываться. Во-первых, на смену технологии QLC (quadruple-level cell) может прийти условная QiLC (quintuple-level cell) для записи пяти бит данных в одной ячейке памяти. Во-вторых, будет уменьшаться прослойка «тёмного кремния» между транзисторами, как и сами транзисторы.
Заметим, что принцип создания 3D-кристаллов, взятый на вооружение производителями чипов NAND флеш-памяти, вдохновил тайваньского полупроводникового гиганта TSMC на разработку 3D-упаковки GPU без кремниевого моста.
