DRAM與NAND最大的差異在於「揮發性」。DRAM是關閉電源後資料就會消失的揮發性記憶體,用於PC與智慧型手機的RAM(工作記憶體)。NAND是關閉電源後資料仍會保留的非揮發性記憶體,用於SSD與智慧型手機的儲存空間。速度上DRAM(奈秒級)壓倒性地快,容量與成本則是NAND(微秒至毫秒級)較有利。
主要差異
| 比較項目 | NAND快閃記憶體(3D NAND) | DRAM |
|---|---|---|
| 揮發性 | 非揮發性(關閉電源後資料仍保留) | 揮發性(關閉電源後資料消失) |
| 主要用途 | SSD、智慧型手機儲存空間、USB隨身碟、SD卡 | PC/智慧型手機的RAM(工作記憶體)、HBM(AI/GPU用) |
| 讀寫速度 | 比DRAM慢(μs至ms級的存取) | 高速(ns級的隨機存取) |
| 基本記憶胞結構 | Charge Trap型/Floating Gate型垂直堆疊 | 1T1C(1個電晶體+1個電容) |
| 提高積集度的方向 | 增加堆疊層數(目前以超過200層為主流) | 記憶胞間距的水平微縮(1α、1β世代等) |
| 製造上的關鍵製程 | 高深寬比(50~100:1以上)通道孔蝕刻 | 深電容溝槽、高深寬比接觸窗蝕刻 |
| EUV曝光的運用 | 目前幾乎不使用(以DUV因應) | 自最先進世代(1β/1γ)起積極導入 |
| 主要廠商 | 三星、SK海力士(含Solidigm)、鎧俠(Kioxia)、Sandisk(2025年自威騰電子分拆)、美光 | 三星、SK海力士、美光3家占大部分,中國的長鑫(CXMT)緊追在後 |
NAND與DRAM的基本差異:揮發性與用途
最容易理解的差異是「揮發性」。DRAM在電容中儲存電荷以保存資料,但每隔一定時間就必須刷新(refresh),關閉電源後資料便會消失。由於可高速存取,因此作為CPU的工作區域(主記憶體)使用。另一方面,NAND是將電荷捕捉在閘極絕緣膜中的非揮發性記憶體,沒有電源也能保存資料。速度雖比DRAM慢,但容量大且成本低,作為SSD與智慧型手機儲存空間廣泛普及。
3D NAND的製程特點:與超高深寬比的戰鬥
3D NAND最大的製造課題,是隨著堆疊層數增加而來的通道孔(記憶胞的垂直孔)超高深寬比蝕刻。在超過100層的堆疊中,孔深可達數微米,直徑卻在100nm以下,需要極高的深寬比。這種加工需要專用的電漿蝕刻設備與精密控制製程氣體。此外,為管理堆疊的絕緣膜與電極膜之間的界面品質,CVD與ALD也被廣泛使用。
DRAM的製程特點:兼顧微縮與電容容量
DRAM的1T1C記憶胞為了提高位元密度,必須同時縮小電晶體與電容。然而電容必須維持一定以上的電容量(飛法拉等級),否則無法保存資料。因此採用將電容做成深圓筒形(Cylinder型)或高柱形(Pillar型)的高深寬比結構。最先進的DRAM在曝光上運用EUV,精確形成高密度圖形,兼顧微縮與可靠度。