MLC VS. SLC制程技术差异比较

MLC VS. SLC制程技术差异比较

By CH Chen, Market Intelligence Team, DRAMeXchange

随着Apple iPod Shuffle、数字相机及多媒体手机的热卖，促使NAND Flash内存产品成为2003年以来火红的热门商品之ㄧ，然后受益最大的就是市占率合计超过8成以上的三星电子（Samsung）与东芝（Toshiba），而笔者将在本文介绍这两家业者的NAND Flash制程技术差异优劣。

NAND Flash产品可以分为三大架构，分别是单层式储存格 (Single Level Cell；SLC)，包括三星电子、海力士（Hynix）、美光（Micron）以及东芝都是此技术使用者，第二种则是多层式储存格（Multi Level Cell；MLC)，目前有东芝、瑞萨（Renesas）使用，不过三星电子将在2005第四季推出相关产品，最后则是英飞凌（Infineon）与赛芬半导体（Saifun Semiconductors）合资利用NROM技术所共同开发的多位储存格（Multi Bit Cell；MBC）。

MLC是英特尔（Intel）在1997年9月最先开发成功的，其作用是将两个位的信息存入一个浮动栅（Floating Gate，闪存存储单元中存放电荷的部分），然后利用不同电位（Level）的电荷，透过内存储存格的电压控制精准读写，假设以4种电压控制、1个晶体管可存取2 bits 的数据，若是控制8种电压就可以存取3 bits 的数据，使Flash 的容量大幅提升，类似Rambus的QRSL技术，通过精确控制浮动栅上的电荷数量，使其呈现出4种不同的存储状态，每种状态代表两个二进制数值（从00到11）。

当然不光是NOR型闪存在使用，东芝在2003年2月推出第一款MLC型的NAND Flash，并接续2004年4月推出采用MLC技术的4Gbit与8Gbit NAND Flash，显然这对于本来就以容量见长的NAND闪存更是如虎添翼。根据Semiconductor Insights研究，东芝利用90nm MLC技术所开发出来的4Gb，其die面积为144 mm²。

至于SLC技术与EEPROM相同，但在浮置闸极(Floating gate)与源极(Source gate)之中的氧化薄膜更薄，其数据的写入是透过对浮置闸极的电荷加电压，然后可以透过源极，即可将所储存的电荷消除，藉由这样的方式，便可储存1个个信息位，这种技术的单一位细胞方式能提供快速的程序编程与读取，不过此技术受限于低硅效率(Silicon efficiency)的问题，必须要藉由较先进的流程强化技术(Process enhancements)，才能向上提升SLC制程技术。

将上述所言，做一个比较，SLC架构是0和1两个充电值，而MLC架构可以一次储存4个以上的充电值，因此MLC架构可以有比较好的储存密度，再加上可利用比较老旧的生产程备来提高产品的容量，而无须额外投资生产设备，可以享有成本与良率的优势。

不过MLC架构有着让使用者很难容忍的缺点，就是使用寿命较短，其次MLC架构只能承受约1万次的存取，远低于SLC架构的10万次。至于存取速度，SLC架构比MLC架构要快速三倍以上，加上MLC架构对于电力的消耗较多，因此使用者若是考虑长久使用、安全储存数据以及高速的存取速度等要求，恐怕会改采用SLC架构。

其实在NAND Flash市场中，若以理论数据比较，瑞萨的AG-AND技术或是英飞凌的MBC技术，其实并不逊于三星电子、东芝或是其它业者，甚至于有过之而无不及，不过这两家业者因为产能、技术开发等问题造成延迟扩大市占率时机，这也印证商场中的一句话，任何东西都必须要能够适时适地推出，否则只是将市场拱手让给对方。