"3D Flash Memory BiCS FLASH™" là gì?

"3D Flash Memory BiCS FLASH™" là gì?

Năm 2007, KIOXIA đã là công ty đầu tiên trên thế giới công bố công nghệ bộ nhớ flash 3D. Ở đây chúng tôi giới thiệu những điểm cốt lõi của sáng kiến dẫn đến giảm chi phí và các hoạt động để nâng cao dung lượng, cùng với giải thích về BiCS FLASH™.

Mở rộng dung lượng bộ nhớ Flash

Sự số hóa của xã hội đang tiến triển nhanh chóng và lượng dữ liệu phải được lưu trữ đang tăng mạnh. Vì vậy, cần tăng dung lượng để lưu trữ một lượng dữ liệu ngày càng lớn trên một bộ nhớ flash duy nhất. Để đạt được dung lượng lớn này, KIOXIA đã phát triển công nghệ để thu nhỏ kích thước của các ô nhớ, giảm diện tích được chiếm bởi một ô nhớ đơn để có thể gắn nhiều ô nhớ nhất có thể trên một sản phẩm bộ nhớ flash và đã thực hiện việc thương mại hóa công nghệ 15 nm (nanomét * 1). Tuy nhiên, công nghệ thu nhỏ kích thước có những giới hạn. Ví dụ, các ô nhớ gần nhau dẫn đến hiện tượng dòng điện không đúng ý muốn. Ngoài ra, như được thể hiện trong Hình 1, số lượng electron tích lũy trong một ô nhớ giảm khi thu nhỏ kích thước, vì vậy, các rò rỉ electron nhỏ chỉ cần bắt đầu ảnh hưởng đến sự ổn định của dữ liệu.

1 nm (nanometer) tương đương một tỉ phần của một mét.

Hình 1. Thu nhỏ kích thước ô nhớ.

Sự ra đời của BiCS FLASH™

Những vấn đề này đã dẫn đến ý tưởng tăng số lượng ô nhớ trên mỗi đơn vị diện tích bằng cách xếp chồng các cấu trúc phẳng của bộ nhớ flash theo chiều dọc. Nếu chúng ta nghĩ đến ví dụ của một tòa nhà, thì đây giống như lấy một tòa nhà một tầng nơi chỉ có thể chứa 10 người và xây lại thành một tòa nhà căn hộ năm tầng nơi 50 người có thể sống trong cùng diện tích đất. Nói cách khác, càng cao thì số người có thể sống ở đó càng nhiều mà không cần tăng diện tích đất (Hình 2).

Hình 2. Hình ảnh khái niệm về bộ nhớ flash 3D

Tuy nhiên, vào thời điểm đó, cũng đã tạo ra những vấn đề mới. Khi bộ nhớ flash cấu trúc phẳng được xếp chồng từ dưới lên, mỗi khi thêm một lớp bộ nhớ bổ sung, công việc để tạo cấu trúc bộ nhớ flash cũng tăng lên. Nói cách khác, càng xếp chồng nhiều lớp thì chi phí càng cao.

Để giải quyết vấn đề này về chi phí sản xuất, KIOXIA đã công bố bộ nhớ flash 3D BiCS FLASH™ vào năm 2007. Từ khi giới thiệu khái niệm "công nghệ xử lý theo lô" của BiCS FLASH™ tại một hội nghị khoa học vào năm 2007, các sản phẩm BiCS FLASH™ đã được thương mại hóa với 48 lớp vào năm 2015, 96 lớp vào năm 2018 và 112 lớp vào năm 2020, và công nghệ này đã được sử dụng trong các sản phẩm khác nhau.

Hình 3. Bộ nhớ flash 3D "BiCS FLASH™"

Công nghệ BiCS FLASH™

Ở đây chúng tôi sẽ giải thích về công nghệ xử lý hàng loạt BiCS FLASH™. Với BiCS FLASH™, có sự xếp chồng xen kẽ giữa một điện cực hình tấm hoạt động như cổng điều khiển (các tấm màu xanh lá cây trên Hình 4) và một chất cách điện, sau đó một lỗ lớn được mở ra (được đóng lỗ) đồng thời vuông góc với bề mặt. Tiếp theo, các phần bên trong của các lỗ được mở ra trong các điện cực hình tấm được điền (được cắm) bằng một lớp màng lưu trữ điện tích (phần được hiển thị màu hồng) và các điện cực hình cột (các cấu trúc cột được hiển thị màu xám). Dưới điều kiện này, giao điểm giữa điện cực hình tấm và điện cực hình cột là một ô nhớ.

Hình 4. Quy trình cơ bản cho quy trình đóng lỗ và cắm

Hãy xem một tầm nhìn phóng đại về ô nhớ BiCS FLASH™ (Hình 5). Trong một ô nhớ BiCS FLASH™, các electron được trao đổi giữa điện cực đi qua trung tâm của cột (cấu trúc được hiển thị màu xám) và màng lưu trữ điện tích (màu hồng).

Theo cách này, thay vì xếp các ô nhớ lên từng lớp một, trước tiên các điện cực hình tấm được xếp chồng và sau đó một lỗ được mở qua chúng và các điện cực được kết nối để tạo ra tất cả các ô nhớ cho tất cả các lớp đồng thời để giảm chi phí sản xuất. Công nghệ đột phá này được gọi là BiCS FLASH™.

Hình 5. Các ô nhớ BiCS FLASH™

Để có dung lượng bộ nhớ lớn hơn nữa.

Để đạt được dung lượng bộ nhớ càng lớn hơn, KIOXIA đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong hơn 10 năm để tăng số lớp. Đến tháng 1 năm 2020, việc xếp chồng hơn 100 lớp đã được thực hiện. Nếu chúng ta tưởng tượng các điện cực hình dĩa được xếp chồng lên và các lỗ được mở qua chúng để thăm nhập các điện cực cùng một lúc, tất cả đều ở mức độ nanômét, thì chúng ta có thể thấy BiCS FLASH™ là một công nghệ cực kỳ chính xác và tinh tế. (Phát triển Bộ nhớ Flash 3D thế hệ thứ 5 "BiCS FLASH™" - thông cáo báo chí ngày 31 tháng 1 năm 2020)