3D NANDフラッシュメモリとは
3D NANDフラッシュメモリとは、メモリセルを垂直方向に積層させることによって、大容量化と高性能化を実現した不揮発性半導体メモリです。従来の平面型NANDフラッシュメモリと異なり、メモリセルを立体的に配置することで、同じ面積でより多くのデータを保存できます。
ストレージ容量の増大とコスト削減を両立させるため、2013年頃から商用化が進み、現在ではSSD(ソリッドステートドライブ)やスマートフォンの標準的な記憶媒体となっています。
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メモリセルの垂直積層構造
3D NANDフラッシュメモリのメモリセルは、シリコン基板上に32層から200層以上まで垂直方向に積み重ねられた構造を持ちます。各層にはワードラインと呼ばれる制御線が配置され、ビットラインが垂直方向に貫通することでメモリセルへのアクセスを可能にしています。
| 構造要素 | 役割 |
|---|---|
| メモリセル層 | データを保存する層 |
| ワードライン | 水平方向の制御線 |
| ビットライン | 垂直方向のデータ転送線 |
| チャージトラップ層 | 電荷を保持する絶縁膜 |
積層数が増加するほど単位面積あたりの記憶容量が向上し、製造コストの削減にも寄与する仕組みとなっています。最新の技術では300層を超える積層も実現されており、1テラバイト以上の大容量チップの製造が可能です。
平面型NANDとの製造プロセスの違い
平面型NANDフラッシュメモリが水平方向にメモリセルを配置するのに対し、3D NANDは垂直方向への積層を採用することで微細化の限界を克服しました。製造工程では交互に酸化膜と窒化膜を積層した後、垂直方向に孔を開けてメモリセルを形成するエッチング技術が使用されます。
| 比較項目 | 平面型NAND | 3D NAND |
|---|---|---|
| セル配置 | 水平方向のみ | 垂直方向に積層 |
| 微細化限界 | 15nm程度 | 40nm以上でも高密度化 |
| セル間干渉 | 発生しやすい | 抑制可能 |
| 書き換え耐性 | 約3,000回 | 約10,000回以上 |
3D NANDではセル間の距離を広く取れるため、電気的な干渉が減少し、データの信頼性と書き換え耐性が大幅に向上しています。製造プロセスの複雑さは増加しますが、歩留まりの改善と量産技術の確立により、コスト面でも競争力を持つようになりました。
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