第四代BiCS闪存，究竟是如何演变？

随着半导体制程发展遇到瓶颈，闪存原厂纷纷通过3D堆叠来实现固态硬盘容量的可持续提升。目前东芝已经提出了创纪录的96层堆叠3D闪存——第四代BiCS闪存。它的内部是如何工作的？一颗闪存芯片又是如何演变成我们能看到的闪存颗粒？接下来为大家解说。

3D闪存是如何记录数据的：

3D闪存具体到不同闪存原厂会有不同的商品名，例如BiCS就是东芝提出的3D闪存构型。闪存的垂直堆叠并不如大家想象中简单，涉及工艺的方方面面，目前国产连平面闪存都造不好，3D闪存也只是提出了24层堆叠的构想，远远落后于国外水平。

3D闪存将原本平面排列的记忆单元改为垂直方向，不同层面之间通过穿孔联系起来，它的运作方式与传统2D平面闪存有着本质的不同，各闪存原厂在转型3D的过程中历尽艰辛，成本居高不下。

熟悉2D闪存结构的朋友知道要一定一个闪存记忆单元，需要有Bit Line（位线）和Word Line（字线）二者配合，而在3D闪存当中还需要再多出一个Select Gate（选择门），三者共同组合才能确立一个特定目标单元进行数据读写。

通过施加不同的电压，闪存记忆单元中存储的数据会发生改变。不断改变Word Line（字线）就能在不同Page（页）之间进行数据写入。

不同闪存记录单元阵列之间，需要通过选择门进行切换寻址。在立体结构中通过3个参数确立一个特定目标，这一点跟英特尔提出的3D XPoint比较相似，但3D闪存是以降成本为目标，3D XPoint则是涨成本求性能。

具体到一个特定闪存记录单元中，可以看到它的独特圆柱形结构：

圆柱体的中心是核心硅晶体，实质记录数据的是蓝色所示的一圈Charge Trap Layer（电荷捕获层）。闪存是通过电位状态来记录数据，Charge Trap Layer正是存储电荷表达电位的核心所在。根据闪存类型的不同，可能会有MLC、TLC和QLC多种不同形式，分别需要表达4种、8种和16种电位状态，实现对2bit、3bit、4bit数据的存储。

3D闪存是如何从晶圆变成颗粒的：

闪存芯片和CPU一样，都是通过光刻技术生产，经过切割后每个晶圆上有大量的小芯片。原厂会通过独有的工艺去检测这些芯片的质量，只取其中最优质的芯片制成原装闪存颗粒。

这样小小的一颗芯片距离颗粒还有一段路要走。

东芝将多达16个小芯片堆叠起来，使用TSV硅通孔技术将其连接，也就是3D闪存垂直堆叠基础上的再度堆叠，实现极高存储密度：

最后封装成下图我们常见的闪存颗粒形式，这些颗粒还将经过原厂的进一步检测，通过之后才会打上原厂标志，成为原装闪存出货。

以96层堆叠的3D闪存再经16叠Die，最终单个闪存颗粒可得到1TB（3D TLC）或1.5TB（3D QLC）的容量。

可以说闪存国产化还有很长的路要走。