深度解读nandflash.ppt

第三章flash发展,闪存前期发展至90纳米制程的过渡nandflash的70纳米时代nandflash的60-50纳米时代nandflash的40纳米时代nandflash30纳米时代及前景发展,第四章flash的应用,第一章flash的感性认识,第一节什么叫flashflashmemory中文名字叫闪存，是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器。,第二节flash的分类功能特性分为两种：一种是nor型闪存，以编码应用为主，其功能多与运算相关；另一种为nand型闪存，主要功能是存储资料，如数码相机中所用的记忆卡。norflash和nandflashnor和nand是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。intel于1988年首先开发出norflash技术，彻底改变了原先由eprom和eeprom一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了nandflash结结，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清nor和nand闪存。,norflash和nandflash的区别nor的读速度比nand稍快一些。nand的写入速度比nor快很多。nand的4ms擦除速度远比nor的5s快。大多数写入操作需要先进行擦除操作。nand的擦除单元更小，相应的擦除电路更少,slc/mlc基本原理什么是slc和mlc？slc全称为single-levelcell，mlc全称为multi-levelcel数码播放器中一般采用两种不同类型的nand闪存。其中一种叫做slc（singlelevelcell），单层单元闪存；第二种叫做mlc（multilevelcell），多层单元闪存。两者的主要区别是slc每一个单元储存一位数据，而mlc通过使用大量的电压等级，每一个单元储存两位数据，数据密度比较大。slc芯片和mlc技术特点及区别一般而言，slc虽然生产成本较高，但在效能上大幅胜于mlc。slc晶片可重复写入次数约10万次，而mlc晶片的写入次数至少要达到1万次才算标准，而目前三星mlc芯片采用的mlc芯片写入寿命则在5000次左右。,a.读写速度较慢。相对主流slc芯片，mlc芯片目前技术条件下，理论速度只能达到2mb左右，因此对于速度要求较高的应用会有一些问题。b.mlc能耗比slc高，在相同使用条件下比slc要多15%左右的电流消耗。c.mlc理论写入次数上限相对较少，因此在相同使用情况下，使用寿命比较slc短。d.mlc的价格比slc低3040%，有些甚至更低。目前mlc和slc在2gb闪存芯片上的价格相差了将近100多元，他们的差异还是比较明显的。所以对于选择数码播放器的朋友，选择更便宜廉价的mlc芯片产品还是选择稳定性和性能更好的slc产品，就看你的需要了。,第三节nandflash品牌,从上表从而可以看出，我们现在flash行业的一些常见品牌：1.samsung三星2.toshiba东芝（最早提出闪存概念的公司）3.hynix海力士4.microntechnology镁光5.interl英特尔（第一个生产闪存并投入市场的公司）,第二章flash制作过程,第一节封装方式,芯片封装是指包裹于硅晶外层的物质。目前最常见的封装方式有tsop(thinsmalloutlinepackaging)，bag,cob，一体成型等，早期的芯片设计以dip(dualin-linepackage)以及soj(smalloutlinej-lead)，csp(chipscalepackage)的方式封装为主。以下对不同封装方式的介绍能够帮助了解它们的不同点。,封装方式一bga,bga(ballgridarraypackage)-球栅阵列封装随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性，当ic的频率超过100mhz时，传统封装方式可能会产生所谓的“crosstalk”现象，而且当ic的管脚数大于208pin时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用qfp封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用bga(ballgridarraypackage)封装技术。bga一出现便成为cpu、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。bga封装具有以下特点：1.i/o引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于qfp封装方式，提高了成品率。,2.虽然bga的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善热性能。3.信号传输延迟小，适应频率大大提高。4.组装可用共面焊接，可靠性大大提高。,封装方式二cob,cob（chiponboard）工艺，是指厂商为节省成本，没有采用标准的闪存芯片+控制芯片独立封装的形式，而是将闪存芯片和控制器芯片直接连接，封装在一体，并固定于印刷线路板上的生产方式。,封装方式三tsop,tsop(thinsmalloutlinepackage薄型小尺寸封装)镶嵌在电路版上的包装,tsop最早被应用在制造笔记型计算机所用的名片大小模块上。近年来，叠层芯片封装逐渐成为技术发展的主流。叠层芯片封装技术，简称3d封装，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术，它起源于快闪存储器(nor/nand)及sdram的叠层封装。,单芯片tsop生产工艺流程比较简单，只需要经过一次贴片、一次烘烤、一次引线键合就可以了，流程如图所示：,第二节flash具体制作封装过程,晶圆是制造ic的基本原料，而晶圆又是什么制作来的呢-硅，晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。硅是由沙子所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%）接着是将这些纯硅制成长硅晶棒，成为制造积体电路的石英半导体的材料，经过照相制版，研磨，抛光，切片等程序，将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。我们会听到几寸的晶圆厂，如果硅晶圆的直径越大，代表著这座晶圆厂有较好的技术。另外还有scaling技术可以将电晶体与导线的尺寸缩小，这两种方式都可以在一片晶圆上，制作出更多的硅晶粒，提高品质与降低成本。所以这代表6寸、8寸、12寸晶圆当中，12寸晶圆有较高的产能。当然，生产晶圆的过程当中，良品率是很重要的条件。硅晶棒再经过研磨，抛光，切片后，即成为积体电路工厂的基本原料硅晶圆片，这就是“晶圆”。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之ic产品。,第三章flash的发展,1.在1984年，东芝公司的发明人fujiomasuoka首先提出了快速闪存存储器(此处简称闪存)的概念。2.intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。1988年，公司推出了一款256kbit闪存芯片。3.第二种闪存称为nand闪存。它由东芝公司于1989年研制，并被认为是nor闪存的理想替代者。4.mlc是英特尔（intel）在1997年9月最先开发成功的。5.2004年，除三星和东芝增加产能外，包括hynix、英飞凌及瑞萨等大厂，也自2004年起陆续进入nand闪存市场。,第一节闪存前期发展至90纳米制程的过渡,90纳米对半导体厂商来说，是更加尖端的技术领域，过去工艺都以“微米”做单位，微米是纳米(nm)的1000倍。我们常以工艺线宽来代表更先进的半导体技术，如0.25微米、0.18微米、0.13微米，0.13微米以下的更先进工艺则进入了纳米领域。130纳米(0.13微米)在2001年是各大半导体公司的研发重点，接着三星于2002年9月宣布90纳米工艺成功试产2gflash。,1.2001年初，三星电子18日表示，已推出采用0.15微米制程技术的512mbnand型快闪内存。2.2001年9月，三星电子领先业界首度采0.12微米制程，将1gnand型闪存（flashmemory）商用化，此次共推出1g单颗闪存及2颗堆栈式2g闪存，计划用于近来需求遽增的pda与记忆卡等需储存量多资料的产品。3.2004年st采用120纳米技术发布两款256mbit与128mbit的“小型页面”nand型闪存。4.东芝将推出全球第一颗4gb的nand闪存芯片2004年4月东芝采用90纳米技术推出容量4gb的nandflash，售价为12,000日元(114美元)，2004年第三季度全面量产。5.美光将生产nand型闪存2gb产品年底上市2004年q2，美光网络和通讯业务副总jandupreez指出：“美光积极进军nand市场，初期将推出采用90纳米制程的产品，然后升级到72和58纳米。我们的nand产品计划包括多重组态及高达16gb的容量，预期会很快量产以满足市场预测的需求。”6.2005年q2，海力士用90纳米技术推出单颗2gb的nandflash。,第二节nandflash的70纳米时代,1.三星于2005年1月初宣布成功导入70nm制程科技投产4gbnand型闪存，不到1个月内又宣布即将自3月开始，量产高容量4gbnand型闪存，与90nm制程相较，导入70nm制程量产后，可望为三星增加4成左右的nand型闪存产能。2.2005年出，东芝与sandisk公司宣布，已经成功开发出使用70nm制造工艺的8gbnand闪存芯片，实现了单一芯片存储1gb数据的目标。3.2005年，三星将大批量生产70纳米技术4gnand闪存2005年6月，三星本周一宣布，已经开始在12寸晶圆上投产70纳米制程的nandflash记忆芯片，这也是目前业界所能投产的最高制程！每月12英寸晶圆产能约7,000片，年底达到月产能1.5万片水平。4.2006年，海力士hynix发布nand闪存路线图，采用70纳米技术年量产16gb产品,第三节nandflash的60-50纳米时代,如果说90纳米工艺和300mm晶圆厂已经让很多半导体制造商望而怯步的话，那么65纳米则是半导体制造产业的分界线。1.2005年，美国内存大厂美光(micron)日前宣布，该公司高容量8gb与4gbnand型快闪存(flash)，已通过客户面验证，目前正出货中。2.东芝将在2006年推出布线宽度为55nm的产品，以求提高读写速度。东芝目前的主力品种为布线70nm的产品，读取速度为每秒6mb，fab1,fab2产能达到10-11万片3.2006年底英特尔正式导入50纳米投产nand型闪存。4.2007年底多数nandflash业者将产能转进50纳米工艺世代，像是东芝（toshiba）旗下所有12英寸厂均已全数转进56纳米工艺出货。,5.2007年1月，东芝公司宣布，与合作伙伴sandisk一起开发成功56nm工艺8gb（1gb）/16gb（2gb）闪存芯片。与以往的产品一样，这两种芯片仍然采用mlc（multilevelcell）存储架构。6.三星50nm制程打造16gbnand闪存送样。7.三星率先量产51nm制程16gbnand闪存芯片，成为首家量产51nm16gbnand闪存的公司，该容量为业内最高，而51nm工艺也是目前最精密的制程技术。8.争抢苹果nand闪存订单海力士跑步进入57纳米制程。,第四节nandflash的40-30纳米时代,海力士nandflash从60纳米直接跳到48纳米工艺，但这一步却走了相当久，原预计2008年初量产，却一延再延，眼看三星电子(samsungelectronics)下半年量产42纳米，东芝(toshiba)43纳米工艺也将步入量产，以及美光(micron)和英特尔(intel)34纳米工艺计划量产，使得海力士亟欲将48纳米工艺推上前线。事实上，海力士最新48纳米工艺，与三星和东芝50纳米工艺是同一个世代。1.2006年9月，韩国三星电子公司宣布，开发成功40nm工艺生产容量达32b（4gb）的nand闪存芯片，2.英特尔镁光发布采用34纳米工艺生产32gbit闪存芯片。市调机构semiconductorinsights更指出，nandflash未来至少能精进至20纳米工艺，使得业界原本规划欲取代flash的universalmemory技术，包括feram、mram、oum与其它存储器技术，都有可能不敌flash如此迅猛的进步速度，甚至将导致它们因此退出历史舞台。,3.东芝43纳米nand闪存生产线采用光微影设备，4.三星电子今天宣布，它成功开发出30nm生产工艺的64gbnand闪存，成为当前制程工艺最为先进的nand闪存。5.2007年12月：东芝与美国sandisk发表了通过采用43nm工艺和2bit/单元多值技术实现的16gbitnand闪存（演讲序号23.6）。6.2007年12月：韩国内存厂商海力士（hynix）日前宣称已成功研发48纳米制程mlc（multi-levelcell）nand型闪存芯片，并将于2008年第一季度开始量产，初期月产能约2万片左右。,第四章flash的应用,闪存主要用在消费性电子产品，其中nor型闪存，以编码应用为主，其功能多与运算相关；另一种nand型闪存，主要功能是存储资料，目前nandflash主要应用市场为随身碟、数位相机、mp3及手机等。如下图所示。,nand型闪存主要的应用市场在数码相机，比重高达50，其次为手机，比重在1215。目前nandflash主要应用市场为随身碟、数位相机、mp3及手机等，不过从相关nandflash生产厂商提出的产品规划方向来看，可以预见2008年将nandflash在pc应用的启航年。nandflash也做为cpu与hdd间的buffer内存，来提升开机与运作效率及省电效果，但初期是以flashmodule的方式做为motherboard上的