在堆内存瓶颈层和新解决方案的机会。
与扩展实践2 d NAND闪存技术,直接的方式减少成本和增加3 d NAND芯片密度是通过添加层。2013年,三星出货量第一V-NAND产品使用24层和多层陶瓷[1]。五年后,在2018年,供应商3 d-nand都宣布生产计划96 -层与非用TLC [2]。根据最近的新闻报道,供应商已经在新一代3 d NAND包含更多的层。3 d NAND的过程是什么挑战,和它的天花板,可能是什么,越来越多的层使用?
图1:3 d NAND内存数组和关键过程的挑战(来源:林研究)
1。模具选择层的叠加
模具堆垛要求严格的一致性和缺陷控制、最小平面位移和氮化收缩,可接受的热应力后晶片鞠躬,和氮化硅/氧化湿蚀刻选择性模式精度高和电气性能。增加叠加层增加了缺陷的机会(因为缺陷传播通过上层),放大装置压力(弓或经晶片),并增加过程的复杂性和管理。[4]
2。字线(WL)楼梯的定义
多个WL光刻步骤目前使用,与垂直重复步骤蚀刻和2 d削减在每个楼梯,提供“上下”王楼梯的形状中使用3 d NAND闪存设备。这一系列的流程步骤需要精确分析蚀刻步骤,减少腐蚀均匀性和窄CD控制王联系(3、4)。当你添加更多的3 d NAND层在给定的细胞密度、WL楼梯还需要延长,需要更多的空间。例如,对于一个32-layer NAND闪存设备,王楼梯延伸20嗯单元阵列的边缘。128 -层架构,王楼梯将延长80 [2]。目前王楼梯设计可能是一个主要障碍这种类型的电池效率和可伸缩性的3 d NAND架构,由于这种线性扩展效应。替代方案被提出解决这一问题[5]。
图2:(a)重复垂直和横向修剪腐蚀定义王接触垫(b)产生的“上下”楼梯(来源:林的研究和客观的分析)
3所示。高纵横比(HAR)内存通道腐蚀
创建内存所需的孔通道使用极端的HAR腐蚀(纵横比大于40)通过90 + NAND层挑战目前等离子体蚀刻技术的物理限制。超过一万亿个洞需要铭刻在每一个晶片。根据Harmeet辛格在林的研究,问题包括“不完整的蚀刻,鞠躬、扭曲和CD堆栈的顶部和底部之间的变化。这样的缺陷会导致短裤,相邻的内存字符串之间的干扰,和其他性能问题。”[4]。叠加数甲板的内存数组(例如2甲板64 -层提供一个相当于128 -层数组)可能缓解HAR蚀刻的挑战但也实施成本和收益问题。
图3:挑战高纵横比的腐蚀和控制90 +层(来源:林研究)
4所示。字线(WL)替换门填补
再次,根据Harmeet辛格林研究“replacement-gate方案,王钨提供了关键的导电层中的各个记忆细胞之间的联系。这个过程是特别具有挑战性的,因为需要实现紧密的填满复杂的,窄,横向结构以最小压力的内存堆栈上。”[4]辛格还指出,传统的CVD钨具有高拉伸应力会导致晶片鞠躬,和氟out-diffuse过程中也是创造产量限制的缺陷。low-fluorine钨(伦敦时装周开幕退化进程可能是当前解决方案[4]。然而,钨西城厚度要求(由于电阻率)将限制堆栈层的厚度(ONON)可以减少,导致孔腐蚀越来越宽高比的内存。新王与低电阻率的金属可能是必要的扩展和增加层数用于未来NAND架构。
图4:均匀紧密的填充是困难的在深3 d结构(来源:林研究)
5。生产力
与3 d NAND进化cost-per-bit减少水平以下的2 d NAND,人们期望3 d NAND将继续支持摩尔定律的一些增长通过扩大内存扩展方向垂直。但是,如果这一点增长仅依赖于总层数的增加,每个晶片处理时间可能会浪费[6]。如果晶片过度膨胀的处理时间,这项技术将成为站不住脚的。最近,four-bit-per-cell QLC技术已宣布提供能力提升了33% three-bit-per-cell 3 d NAND [7]。这是方法之一,该行业可能缓解产能增长造成的压力,增加烟囱高度。然而,16之间识别的难度可能电压水平的QLC记忆细胞,而8电压水平的TLC细胞,将实施成本较低的写耐力和性能[7]。怀疑这个行业可以精益求精bit-per-cell数量提高产能的增长,无论浮栅或电荷陷阱门方案的可用性。
总之,目前的3 d NAND架构有几个瓶颈可能会限制添加设备层增加建筑密度。这就造成了创新集成解决方案的挑战和机遇以及单一的单元过程的创新技术和工具的设计。让我们看看下一个突破。
引用
[1]三星开始大规模生产行业首个32-Layer 3 d V-NAND闪存,其第二代V-NAND祭三星电子新闻
[2]阿托恩希洛夫&比利塔利斯,多篇文章AnandTech2018年5月- 7月
[3]Thorsten莉儿。”克服挑战3 d体积与非制造业”,闪存峰会2017年7月8日,2017年
[4]Harmeet辛格。”克服挑战3 d体积与非制造业”,固态技术,7月27日,2017年
[5]吉姆•哈迪”三星将提高3 d NAND成本如何”,记忆的人,8月27日,2017年
[6]Sang-Yung李。”3 d NAND怎么了”,EE时报》6月29日,2017年
[7]塔利斯,比利,”英特尔和微米发射第一QLC NAND:微米5210离子企业SATA SSD”,ANANDTECH, 2018年5月21日
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