三维存储器的存储单元形状对其性能的影响

发布时间：2020-05-24 19:17

【摘要】：简要介绍了三维存储器出现的背景和几种得到广泛关注的三维存储器;建立模型分析了位成本缩减(BiCS)、垂直堆叠存储阵列(VSAT)和垂直栅型与非闪存阵列(VG-NAND)三种代表性的三维存储器的存储单元的形状对其性能的影响,从理论分析的角度比较了三种存储单元结构对其存储性能的影响;采用Sentaurus软件对三种存储单元的性能进行仿真,从编程/擦除时间、存储窗口和保持性能三个方面比较了三种存储单元结构的存储性能。理论分析结果和仿真结果都一致地表明BiCS结构的圆柱孔形存储单元比其他两种存储单元更有优势。
【图文】：

ｔａｕｒｕｓ软件对三种存储单元模型进行仿真。１３ＤＮＡＮＤ闪存简介位成本缩减（ｂｉｔ－ｃｏｓｔｓｃａｌａｂｌｅ，ＢｉＣＳ）［３］技术是东芝公司于２００７年提出的，其在制造工艺上进行了巨大改进，克服了三维堆叠存储器工艺复杂的缺点，采用工艺融合的方法在其层数增加的基础上工艺步骤和复杂性基本不变，能够保证存储密度上升的同时位成本降低，这些都满足了存储器的发展要求，其结构如图１所示。图１中Ｆ为最小特征尺寸。紧接着相继出现了对ＢｉＣＳ结构进行改进的图１ＢｉＣＳ结构鸟瞰图和存储阵列示意图［３］Ｆｉｇ．１Ｂｉｒｄｓ－ｅｙｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅＢｉＣＳｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙａｎｄｔｏｐｄｏｗｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅＢｉＣＳｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙａｒｒａｙ［３］沟道管连型ＢｉＣＳ（ｐｉｐｅ－ｓｈａｐｅｄＢｉＣＳ，Ｐ－ＢｉＣＳ）［４］和兆兆位存储阵列（ｔｅｒａｂｉｔｃｅｌｌａｒｒａｙｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＣＡＴ）［５］，以上这些三维存储器都采用了圆柱孔形存储单元。垂直栅型与非闪存阵列（ｖｅｒｔｉｃａｌｇａｔｅＮＡＮＤ，ＶＧ－ＮＡＮＤ）［６］技术属于垂直栅型三维存储器，其特点为沟道电流的走向是水平的，栅垂直于底面，每个存储单元的两侧都受到同一个栅的控制，所以其存储单元是双栅结构。ＶＧ－ＮＡＮＤ由于其位线（ＢＬ）是水平走向的，所以多层位线中选定某一层不易实现，根据选定方式的不同，目前的ＶＧ－ＮＡＮＤ可以分为四种［６－９］，图２是多组顶端选择管复合译码型ＶＧ－ＮＡＮＤ［６］，尽管结构上有些差异，但是ＶＧ－ＮＡＮＤ普遍

栅垂直于底面，每个存储单元的两侧都受到同一个栅的控制，所以其存储单元是双栅结构。ＶＧ－ＮＡＮＤ由于其位线（ＢＬ）是水平走向的，，所以多层位线中选定某一层不易实现，根据选定方式的不同，目前的ＶＧ－ＮＡＮＤ可以分为四种［６－９］，图２是多组顶端选择管复合译码型ＶＧ－ＮＡＮＤ［６］，尽管结构上有些差异，但是ＶＧ－ＮＡＮＤ普遍采用的是双栅结构的存储单元。ＶＧ－ＮＡＮＤ技术由于其存储单元面积小，存储密度上升空间大，被认为是下一代存储器的有力竞争者。图２ＶＧ－ＮＡＮＤ结构和存储阵列示意图［６］Ｆｉｇ．２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｍｏｒｙａｒｒａｙｏｆＶＧ－ＮＡＮＤ［６］垂直堆叠存储阵列（ｖｅｒｔｉｃａｌｓｔａｃｋｅｄａｒｒａｙｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＶＳＡＴ）［１０］技术不同于以上两种，ＶＳＡＴ技术改进了栅极的连线方式，将ＢｉＣＳ结构中的台阶连线变为平面连线，对于节省芯片面积有积极作用。ＶＳＡＴ结构如图３［１０］所示。另外，由于其采用的存储单元结构接近传统的平面与非型闪存存储单元，能够比较方便地将成熟的平面与非型４１０

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