3D NAND-process

0021-35869 DUSCHHUVUD

TIN Chamber Assy

3D NANDProcess

I dagens digitala tidsålder ökar efterfrågan på datalagring, och prestandakraven för lagringsenheter ökar också. Som en avancerad icke-flyktig lagringsteknik har 3D NAND använts i stor utsträckning i mobila enheter, persondatorer och till och med datacenter på grund av dess höga densitet, stora kapacitet och långa livslängd. Den här artikeln kommer kortfattat att introducera tillverkningsprocessen för 3D NAND.

Kiselskivor med en specifik kristallorientering väljs som substrat‍‍‍‍‍‍

The fabrication of 3D NAND begins with the selection of a high-quality monocrystalline silicon wafer with a specific crystal orientation, such as < 100 > or < 110 >. Att välja rätt skivorientering är avgörande för efterföljande processsteg, eftersom det direkt påverkar transistorns prestanda och tillförlitlighet.

CVD används för att omväxlande deponera tunna filmer i flera lager

Därefter används kemisk ångavsättning (CVD) för att omväxlande avsätta flera lager på ett kiselsubstrat tills det önskade antalet lager har uppnåtts. De två vanligaste materialkombinationerna är oxid-nitrid och oxid-polykisel, där Samsung väljer kiselnitrid och kiseldioxid som materialsystem för sina 3D NAND-produkter. Utmaningen med denna process är att säkerställa att filmer med höga stackantal har exakt tjocklek och god enhetlighet, vilket är avgörande för att bibehålla enhetligheten och tillförlitligheten hos enhetens prestanda.

En hård mask för avsättningskanaletsning

För att uppnå den efterföljande fina mönstringen måste en hård mask avsättas ovanpå flerskiktsfilmen, som vanligtvis är en amorf kolfilm med hög etsningsbeständighet. Detta maskskikt skyddar de delar som inte behöver etsas och styr den efterföljande dikesetsningsprocessen. Gaserna som används i etsningsprocessen är främst syre (O2), kompletterat med kväve (N2) och väte (H2) för att optimera etsningseffekten.

Den hårda masken öppnas genom etsning

Efter att området som ska etsas har definierats med hjälp av fotolitografi på den hårda masken, avlägsnas den hårda masken vid den angivna positionen genom torretsning, varvid flerskiktsfilmen undertill exponeras. Detta steg är nyckeln till att noggrant kontrollera enhetens storlek och form.

Etsning av gräv genom hål

Därefter etsas kanalerna med fluorinnehållande gaser som SF6 eller CF4, en process som kräver mycket hög precision för att säkerställa att varje genomgående hål penetrerar alla lager för att nå kiselsubstratet i botten.

Stegetsning

Därefter utförs stegetsning som behandlas med olika gaskombinationer för kiseloxid (t.ex. CF4/CHF3) respektive nitrid (t.ex. CH2F2) för att bilda den önskade strukturen.

Spaltetsning

Spaltetsning används för att ytterligare förfina strukturen som förberedelse för bildandet av teckenraden senare. Denna process kräver också en hög grad av precision och kontroll.

Etsning av SiNx för att bilda en teckenlinje

Efter spaltetsning etsas kiselnitrid (SiNx) med hjälp av en specifik process för att bilda en teckenlinje, vilket är en viktig del av att koppla ihop de enskilda minnescellerna.

Ordlinjefyllning och kanal genom hålfyllning

Efter att ledningarna har bildats fylls de i följd med ledande material som titannitrid (TiN) och volfram (W) för att uppnå en bra elektrisk anslutning. Samtidigt måste kanalviaorna fyllas för att säkerställa att varje minnescell effektivt kan anslutas till den externa kretsen.

Genomgående kanalfyllning‍

Den är fylld med en mängd olika material, inklusive grindoxid, flytande grind, tunneloxid, aktivt polykisel och central SiO.

Etsning av kontakthål

Etsning av kontakthålen utförs för att upprätta anslutningen från det översta metallskiktet till lagringscellen. Etsning av kontakthål kräver också hög precision och kontroll.

Kontakthålsfyllning

Slutligen fylls kontakthålen med ledande material som aluminium eller koppar, vilket säkerställer lågt motstånd och stabila elektriska egenskaper.

Tillverkningen av 3D NAND är en komplex och sofistikerad process som involverar flera kritiska steg och teknologier. Med den ständiga utvecklingen av teknik förväntas 3D NAND uppnå högre lagringstäthet, snabbare dataläs- och skrivhastigheter och lägre energiförbrukning i framtiden, och fortsätta att främja utvecklingen av informationslagringsteknik.