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三星被迫与长江存储合作的技术分析

作为SSD、以及3D NAND市场排名第一的厂商,三星不惜与作为市场“小弟”的长江存储签署合作协议,目的就是为了获得长江存储技术对3D NAND混合键合专利的技术授权,消息传来,让很多人惊掉了“下巴”!我也在《突发!没有人强迫,三星与长江存储合作是自愿的!》一文中做了分析。

但是从技术的角度,3D NAND混合键合专利技术有什么神奇之处,尽然能够让三星”下跪”,垂下了高昂的头?为此,我也请教了行业的技术专家,专家透露:目前,多层3D NAND中外围电路和Storage array的形式大致分为三种,一种是外围电路在最底层,然后在上面堆叠Storage array;一种是将外围电路放置在Storage array的侧边;第三种就是长江存储这种,分别生产外围电路晶圆和Storage array晶圆,然后利用混合晶圆键合的技术封装到一起的技术。

该专家透露:第一种情况在层数过多时,其上层Storage array对下层外围电路还是会有应力效应,会影响外围电路的可靠性和稳定性。这里说的应力效应,是指在 3D NAND 闪存器件的工作过程中,由于存储阵列与下层控制电路之间存在物理结构和电学特性的差异,以及在操作过程中产生的各种物理现象,使得存储阵列会对下层控制电路产生一种机械或电学上的作用力或影响,这种作用力或影响就被称为应力效应。

应力效应的具体表现为对控制电路的性能、可靠性和稳定性等方面产生的不利影响,例如可能导致控制电路中的晶体管阈值电压发生漂移、电路延迟增加、信号传输错误等问题,进而影响整个 3D NAND 闪存芯片的正常工作和使用寿命。产生应力效应的原因有热应力、电应力、机械应力等多方面的因素,如编程 / 擦除操作发热和散热不均匀的问题,因为对3D NAND 闪存进行编程(写入数据)和擦除操作时,需要通过施加较高的电压来实现对存储单元的操作。

这个过程中会产生大量的热量,导致存储阵列和下层控制电路的温度升高。由于存储阵列和控制电路通常由不同的材料构成,它们的热膨胀系数存在差异。在温度变化时,不同材料的膨胀和收缩程度不同,就会在两者之间产生热应力。此外,存储阵列部分由于存储单元密集,发热相对集中,而控制电路部分的散热路径和方式与存储阵列不同,这种散热的不均匀性会导致存储阵列和控制电路之间出现温度梯度,进而产生热应力。

第二种情况其设计比较复杂,层数过多的话,其成本下降不明显或下降空间有限;相比,第三种情况,也就是长江存储这种混合键合的方法,从当前来看,只要控制好键合工艺的良率,在300层~500层的结构上,这种生产工艺相对比较较为简单,会有一定的成本优势。

都说“三十年河东、三十年河西”,在3D NAND芯片领域用不了三十年,时刻都在发生变化,没有永远的竞争对手,只有永远的利益,因为共同的利益,三星选择了长江存储合作,这也是最正常不过的事情了!

常在岸边走,那有不湿鞋的?都有用得到的时候,抛开暂时的门户之见,用科技造福人类,这是应该有的胸怀!应该为三星点赞!

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