MLC VS. SLC制程技術(shù)差異比較

By CH Chen, Market Intelligence Team, DRAMeXchange

隨著Apple iPod Shuffle、數(shù)字相機及多媒體手機的熱賣，促使NAND Flash內(nèi)存產(chǎn)品成為2003年以來火紅的熱門商品之ㄧ，然后受益最大的就是市占率合計超過8成以上的三星電子（Samsung）與東芝（Toshiba），而筆者將在本文介紹這兩家業(yè)者的NAND Flash制程技術(shù)差異優(yōu)劣。

NAND Flash產(chǎn)品可以分為三大架構(gòu)，分別是單層式儲存格 (Single Level Cell；SLC)，包括三星電子、海力士（Hynix）、美光（Micron）以及東芝都是此技術(shù)使用者，第二種則是多層式儲存格（Multi Level Cell；MLC)，目前有東芝、瑞薩（Renesas）使用，不過三星電子將在2005第四季推出相關(guān)產(chǎn)品，最后則是英飛凌（Infineon）與賽芬半導(dǎo)體（Saifun Semiconductors）合資利用NROM技術(shù)所共同開發(fā)的多位儲存格（Multi Bit Cell；MBC）。

MLC是英特爾（Intel）在1997年9月最先開發(fā)成功的，其作用是將兩個位的信息存入一個浮動?xùn)牛‵loating Gate，閃存存儲單元中存放電荷的部分），然后利用不同電位（Level）的電荷，透過內(nèi)存儲存格的電壓控制精準讀寫，假設(shè)以4種電壓控制、1個晶體管可存取2 bits 的數(shù)據(jù)，若是控制8種電壓就可以存取3 bits 的數(shù)據(jù)，使Flash 的容量大幅提升，類似Rambus的QRSL技術(shù)，通過精確控制浮動?xùn)派系碾姾蓴?shù)量，使其呈現(xiàn)出4種不同的存儲狀態(tài)，每種狀態(tài)代表兩個二進制數(shù)值（從00到11）。

當然不光是NOR型閃存在使用，東芝在2003年2月推出第一款MLC型的NAND Flash，并接續(xù)2004年4月推出采用MLC技術(shù)的4Gbit與8Gbit NAND Flash，顯然這對于本來就以容量見長的NAND閃存更是如虎添翼。根據(jù)Semiconductor Insights研究，東芝利用90nm MLC技術(shù)所開發(fā)出來的4Gb，其die面積為144 mm²。

至于SLC技術(shù)與EEPROM相同，但在浮置閘極(Floating gate)與源極(Source gate)之中的氧化薄膜更薄，其數(shù)據(jù)的寫入是透過對浮置閘極的電荷加電壓，然后可以透過源極，即可將所儲存的電荷消除，藉由這樣的方式，便可儲存1個個信息位，這種技術(shù)的單一位細胞方式能提供快速的程序編程與讀取，不過此技術(shù)受限于低硅效率(Silicon efficiency)的問題，必須要藉由較先進的流程強化技術(shù)(Process enhancements)，才能向上提升SLC制程技術(shù)。

將上述所言，做一個比較，SLC架構(gòu)是0和1兩個充電值，而MLC架構(gòu)可以一次儲存4個以上的充電值，因此MLC架構(gòu)可以有比較好的儲存密度，再加上可利用比較老舊的生產(chǎn)程備來提高產(chǎn)品的容量，而無須額外投資生產(chǎn)設(shè)備，可以享有成本與良率的優(yōu)勢。

不過MLC架構(gòu)有著讓使用者很難容忍的缺點，就是使用壽命較短，其次MLC架構(gòu)只能承受約1萬次的存取，遠低于SLC架構(gòu)的10萬次。至于存取速度，SLC架構(gòu)比MLC架構(gòu)要快速三倍以上，加上MLC架構(gòu)對于電力的消耗較多，因此使用者若是考慮長久使用、安全儲存數(shù)據(jù)以及高速的存取速度等要求，恐怕會改采用SLC架構(gòu)。

其實在NAND Flash市場中，若以理論數(shù)據(jù)比較，瑞薩的AG-AND技術(shù)或是英飛凌的MBC技術(shù)，其實并不遜于三星電子、東芝或是其它業(yè)者，甚至于有過之而無不及，不過這兩家業(yè)者因為產(chǎn)能、技術(shù)開發(fā)等問題造成延遲擴大市占率時機，這也印證商場中的一句話，任何東西都必須要能夠適時適地推出，否則只是將市場拱手讓給對方。