影響IT發展的三種3D工藝，3D快閃記憶體正在崛起

當平面走向極致，適應未來的就是3D立體結構。到目前為止半導體行業已經應用了三種不同的3D立體結構，包括3D晶體管FinFET、3D晶圓級封裝TSV以及3D快閃記憶體BiCS結構。

3D晶體管：

隨著英特爾22nm處理器的推出，FinFET 3D晶體管進入大眾視線。FinFET是Fin

3D快閃記憶體：

3D快閃記憶體則是將NAND結構立體化，很多淺顯的介紹中將快閃記憶體從2D到3D的轉變形容為平房變高樓。

可以簡單的理解為3D快閃記憶體是將同個字線上的一串存儲單元先摺疊再豎起的過程。

不過實際上3D快閃記憶體要比這更複雜。東芝在1987年發明快閃記憶體並於1991年將其量產，而直到2007年東芝宣布新的工藝技術——BiCS Flash，快閃記憶體這才進入到3D時代。

在平面2D時代，通過位線與字線就能確定要操作的快閃記憶體存儲單元。

進入3D時代之後，情況變得有所不同。除了原有的位線與字線之外，還增加了新的選擇門電路。

位線、字線、選擇門電路、存儲孔洞四者結合，最終才能選出一個特定的存儲單元。

在寫入過程中，通過施加不同的電壓，存儲在快閃記憶體當中的數據得以改變。數據寫入過程中通過切換字線來實現對不同位置的Page編程。

通過切換選擇門電路，則可以在不同快閃記憶體陣列中轉換讀寫目標。

為了適應3D立體化，BiCS快閃記憶體存儲單元的結構也發生了革命性的改進。

應用3D立體結構縮小了晶元尺寸，使得存儲密度得到大幅增加。同時，東芝BiCS 3D快閃記憶體中存儲器單元間隔相比2D NAND快閃記憶體更大，快閃記憶體寫入速度也獲得了極大提升。

3D晶圓封裝：

為了進一步提升存儲密度，在更小的空間內容納更大的存儲容量，東芝還應用了先進的TSV工藝晶圓級封裝技術。

TSV是Through Silicon Vias硅通孔的縮寫，它是一項在多個晶圓間進行堆疊與連接的技術。利用短的垂直電連接或通過硅晶片的「通孔」，以建立從晶元的有效側到背面的電連接。TSV提供最短的互連路徑，為最終的3D集成創造了一條途徑。

將多個快閃記憶體晶元通過TSV硅通孔技術連接，封裝在同一個快閃記憶體顆粒當中，單個快閃記憶體顆粒容量最高可達到1TB。

在三種3D工藝當中，以東芝BiCS為代表的3D存儲技術出現最晚，同時也擁有最強的發展潛力。東芝已計劃在今年推出96層堆疊的第四代BiCS技術，輔以全新QLC快閃記憶體架構，單顆快閃記憶體顆粒容量將突破1.5TB，推動手機UFS快閃記憶體、電腦固態硬碟存儲容量的翻倍增長。