手机内存总告急，重要文件不敢存，价格合适的固态硬盘速度又跟不上——这些困扰随着2层3D NAND技术的出现正在慢慢化解。
2013年，三星推出了全球首款V-NAND闪存，虽然只有24层，却标志着3D NAND技术从概念走向了商业市场-2。在今天的固态硬盘和手机存储中，这项技术已经无处不在。
存储密度的竞争早已不局限于单纯的堆叠层数。目前头部厂商的3D NAND堆叠层数已突破200层，美光、SK海力士等公司甚至已实现232层、238层产品的量产-2。
说起3D NAND，它的诞生源于二维平面存储的物理极限。早期的2D NAND就像在一块有限的土地上建造平房，土地面积决定了能建造多少房屋-1。
随着晶体管尺寸的不断缩小，存储密度虽有所提高，但当工艺节点来到16/15nm附近时，传统平面结构遇到了瓶颈-2。电荷存储量受限，读写容量的提升变得越来越困难。
更棘手的是存储阵列中的耦合效应和干扰问题。传统2D NAND容量增加的同时，性能却不断降低，制造成本也越发难以控制-2。
3D NAND的思路很巧妙——既然平面扩展遇到瓶颈，那就向上发展。这种技术把存储单元垂直堆叠起来，形成了立体的存储结构-1。
想象一下，在同一块土地上，不建平房而改盖楼房，即使土地面积不变，也能获得更多空间-4。这就是2层3D NAND技术的基本思路，通过垂直方向的堆叠突破平面限制。
2007年，东芝首先提出了3D NAND的概念，并预测这项技术将显著降低单位比特成本-2。六年后，三星推出了全球首款V-NAND闪存，虽仅24层，却开创了3D NAND的商业化之路。
随着3D NAND技术的成熟，不同的厂商发展出了各具特色的架构。三星的V-NAND采用垂直堆叠的穿孔连接单元层；美光则创造了CuA架构，将存储阵列堆叠在底层逻辑电路之上-9。
值得一提的是，2层3D NAND技术不仅指存储单元的物理堆叠，也包括了每个单元存储两位数据的MLC架构，这种架构在性能、寿命和成本之间取得了较好的平衡-1。
如今主流厂商已不再局限于简单的堆叠，而是发展出双层甚至三层堆叠的方法。例如美光将两个116层的芯片键合在一起，形成了232层的产品-2。
在3D NAND中，存储单元也经历了重大变革。早期的浮栅技术逐渐被电荷陷阱技术取代，后者降低了存储单元之间的静电耦合，提高了读写性能-3。
电荷陷阱单元的结构颇为精巧：它在晶体管的栅极氧化层内嵌入了氮化硅薄层，形成了氧化物-氮化物-氧化物堆叠-3。当栅极施加电压时，电子被捕获在氮化硅层中，从而实现数据存储。
这一结构带来的直接好处是制造尺寸的缩小，为更高存储密度铺平了道路。与浮栅技术相比，电荷陷阱单元在3D NAND结构中更容易实现-3。
随着堆叠层数的增加，3D NAND的制造也面临巨大挑战。要在30微米厚的堆叠层中保持字线直径基本一致，工艺复杂度和成本都在不断攀升-3。
高深宽比刻蚀成为关键技术瓶颈之一。深孔蚀刻需要极高的精度，确保所有垂直通道均匀一致。应用材料公司开发了接缝抑制钨技术，解决了金属填充过程中的气体残留和应力问题-7。
2层3D NAND技术的先进性不仅体现在存储密度上，更体现在制造成本的降低。通过垂直微缩，厂商可以在相同堆叠高度内容纳更多存储层，从而降低单位比特成本-7。
如今的3D NAND技术正在向更高层数迈进。imec认为，1000层的NAND闪存可能在十年内就会出现-2。韩国的研究团队甚至开发出了新型混合通道结构，将电子迁移率提高到了新的水平-6。
最近，铠侠和闪迪推出了CBA架构，将存储单元阵列和外围电路分开制造，再通过先进的封装技术键合在一起，进一步提高了性能和能效-8。
2025年9月，铠侠与闪迪宣布日本北上工厂的Fab2正式投产，该厂专注于生产第八代218层3D闪存及更先进的产品-10。这一进展预示着3D NAND技术将更好地满足AI驱动下日益增长的存储需求。
在北上工厂Fab2的生产线上，晶圆在无尘室中默默流转，化学气相沉积设备正在均匀地镀上一层又一层的材料。这些218层的3D NAND闪存芯片将被安装在即将面世的AI服务器中，它们堆叠的微观结构里，电荷陷阱单元像密集的蜂巢般整齐排列。
