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浮栅型3D NAND存储技术解析
资料介绍
一、浮栅型3D NAND的技术背景与发展历程
从平面到三维：存储技术的演进逻辑
在3D NAND诞生之前，主流的闪存存储一直采用平面结构，也就是2D NAND。遵循摩尔定律的发展路径，2D NAND通过不断缩小制程节点来提升存储容量、降低单位存储成本，从最早的90nm制程一路缩小到20nm以下节点。当制程进入16nm、15nm之后，浮栅型2D NAND遇到了难以突破的物理瓶颈：随着存储单元尺寸不断缩小，相邻单元之间的电荷干扰效应急剧增强，漏电流问题愈发严重，不仅导致数据保留时间大幅缩短，还会让存储单元的可靠性急剧下降。同时，缩小制程带来的容量提升边际效益不断降低，单位成本的下降速度也开始放缓，存储行业迫切需要新的技术路线打破容量增长的天花板。
在这样的行业背景下，3D NAND技术应运而生，通过将原本平面排列的存储单元改为垂直堆叠，在不缩小制程节点的前提下大幅提升芯片的存储密度，从结构层面解决了2D NAND的物理瓶颈。而浮栅结构作为成熟的电荷存储方案，也从平面时代延续到了三维时代，成为3D NAND的两大主流技术路线之一（另一路线为电荷俘获型）。
浮栅结构的技术传承
浮栅型存储结构并非3D NAND时代的发明，早在NOR Flash和平面NAND Flash时代，浮栅就是最主流的电荷存储方案。经典浮栅结构由衬底、隧穿氧化层、浮栅、栅间氧化层和控制栅组成：浮栅是完全被绝缘层包裹的导电多晶硅层，正常情况下浮栅中的电荷无法自由流出，通过向浮栅注入或抽出电荷改变阈值电压，就可以代表不同的数据状态，实现信息存储。
这种成熟的结构设计在平面时代已经经过了数十年的市场验证，具有阈值电压分布稳定、信号窗口大等天然优势，因此在3D NAND技术路线探索阶段，浮栅结构成为很多厂商优先选择的方案。2013年左右，三星率先推出了第一代垂直堆叠的3D V-NAND，其中就采用了浮栅型结构设计，正式开启了浮栅型3D NAND的商用化时代。此后，美光、西数等厂商也相继推出了自己的浮栅型3D NAND产品，推动技术不断迭代升级。
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