A tecnologia de memória flash 3D NAND atingiu quase 200 camadas por chip. Devido ao layout vertical, foi possível combinar alta densidade de gravação, muitos ciclos de reescrita, tamanhos de matriz pequenos e o custo acessível da memória flash. O número de camadas 3D NAND pode ser aumentado em até cinco vezes, mas mais cedo ou mais tarde a tecnologia atingirá uma barreira. Isso forçará novamente a redução do tamanho das células de memória com todos os problemas decorrentes, mas há uma saída.
Fonte da imagem: IMEC
Lembre-se que antes da transição para os processos de produção para a produção de memória flash NAND da classe de 10 nm, a memória era produzida na forma de matrizes horizontais (memória planar). Mas com a transição para os padrões de produção de 20-15 nm, o volume da célula diminuiu tanto que o número de elétrons no volume do material da célula tornou-se insignificante para retenção confiável de carga. Como resultado, o número de ciclos de apagamento diminuiu para várias dezenas e outras características elétricas da memória também se deterioraram.
Durante esse período, a memória 3D NAND veio em socorro. A célula planar com todas as suas estruturas foi virada da posição horizontal e orientada para a vertical. Assim, a área do cristal na placa foi salva (leia – o custo), e a capacidade de memória pode ser aumentada devido a novas camadas de até 24, 32, 64, 128, 176 e mais, como nas últimas chips NAND 3D avançados. Devido à transição para um arranjo vertical de células, seus tamanhos aumentaram significativamente – até 30 a 50 nm – com um passo entre as células de até 140 nm. Isso foi suficiente para aumentar a resistência ao desgaste sem sacrifício para aumentar ainda mais a densidade de gravação.
Mas no futuro, com a transição para a produção de NAND 3D com 500 ou mais camadas, as dificuldades tecnológicas aumentarão, acreditam os especialistas do centro IMEC belga. Portanto, faz sentido reduzir o tamanho das células de memória já dispostas verticalmente para aumentar a densidade da memória 3D NAND sem aumentar o número de camadas. Isso pode ser feito dividindo os canais de memória verticais em dois e, ao mesmo tempo, alternando de um perfil de canal redondo para um retangular (alongado ou, caso contrário, trincheira).
Na moderna memória 3D NAND, o obturador cobre o canal vertical anular de todos os lados. A transição para um canal retangular permitirá que o portão seja dividido em dois independentes e, portanto, criará duas células separadas na camada ao redor do canal. A forma retangular (trincheira) do canal garantirá que o volume da célula não sofra muito neste caso. As características elétricas da memória se deteriorarão um pouco, mas apenas ligeiramente, e a densidade de gravação aumentará acentuadamente sem complicações significativas da tecnologia de produção.
Comparação relativa de 3D NAND com portas GAA e SGVC. Fonte da imagem: Macronix
Algo semelhante já foi oferecido pela empresa taiwanesa Macronix. Assim como o IMEC, dividiu os canais verticais em duas estruturas independentes, cada uma delas trabalhando com suas próprias células. Provavelmente por esse desenvolvimento, a Toshiba posteriormente pagou uma compensação à Macronix.
O IMEC acredita que a transição para uma forma de trincheira de células na memória 3D NAND reduzirá o passo entre as células para 30 nm dos atuais 140 nm. Esta é a margem que nos permitirá não sacrificar o volume de cada célula vertical se elas forem divididas em duas em cada camada. E isso também permitirá aumentar a densidade de gravação em até duas vezes sem aumentar o número de camadas verticais na memória 3D NAND.