解讀3D NAND是如何製作的？

2013年，三星發售全球首款3D NAND設備，在IC(集成電路)業界達到了一個里程碑。

現在，經過一些延遲與不確定性後，英特爾，美光，海力士，閃迪/東芝二人組對3D NAND最終加大產能或進行取樣。

相對現有平面或2D NAND，3D NAND無疑是翹首以待的「繼承者」，它適用於內存卡，SSD，USB快閃記憶體驅動器等產品。

雖然我們依然對現有平面NAND有極大的需求量，但該項技術的微細化基本已經達到物理極限。

今天，NAND快閃記憶體供應商正在通過Mid-1x納米技術發售平面部件，這表示該技術的縮放之路已經走向終結。

那麼為了延展NAND市場，OEM(原始設備製造商)勢必需要3D NAND。

3D NAND正在發售，但是該技術預計到2017年才有資本進軍主流市場，比之前的預期要長1到2年。

3D NAND比之前想像的更難製作。

它不像2D NAND，後者是平面結構，3D NAND類似於一棟垂直的摩天大樓。

一款3D NAND設備包含多層面或層，這些層要進行堆棧然後利用極小的垂直通道相互連接。

現如今領先的3D NAND部件是32和48層設備。

將3D NAND微細化至64層及以上時就有了一些巨大挑戰。

事實上，現在的3D NAND也只是有望堆疊到近128層。

Applied Materials公司矽晶系統事業部門內部存儲部與材料總經理Er-Xuan Ping表示：「這就是局限性。

達到某一個臨界點，單個字符串受到蝕刻或其它製程的限制。

」

為了讓3D NAND超越128層，該行業正在秘密開發一項稱作string stacking(字符串堆疊)的技術。

在研發中，string stacking包含一個單個3D NAND設備相互向上堆疊的進程。

比如，如果將3個64層3D NAND設備垂直堆疊，那麼產生的晶片會是一款192層的產品。

這個方式是採用某類互聯方案聯合單個64層設備。

String stacking已經處於準備階段。

比如，據多方資源稱，美光近期展示了一款通過將2個32層晶片串聯在一起組成的64層3D NAND設備。

然而，這並不能一勞永逸。

據預測稱，採用string stacking，3D NAND或將在300層左右達到極限。

總而言之，3D NAND預計至少到2020年都能夠保持可行性。

「這是一個10+技術藍圖，而且我們才只是剛剛開始，」泛林半導體公司全球產品事業部首席技術官，Yang Pan如是說。

為了對自身的設計進度有更切實的期望，無論何種情況，OEM都要解決3D NAND的生產問題。

為了幫助OEM，Semiconductor Engineering了解了一些極具挑戰性的3D NAND製程步驟。

其中包括交替式(alternating step)沉積，高縱橫比蝕刻，金屬沉積和string stacking。

為什麼出現3D NAND?

現在，存儲體系相當明確。

SRAM被集成到加速器用於高速緩存。

DRAM用於主要內存。

磁碟驅動器和基於NAND的SSD用於存儲。

NAND，非易失性存儲技術，基於傳統浮柵電晶體結構。

得益於193納米的浸潤式光刻技術和多重圖形技術，供應商已經將平面NAND壓縮至1x納米。

可到了1x納米，問題就來了。

「實際上浮柵已經看到了電容耦合到控制柵的不良降低。

」 Objective Analysis公司分析師，Jim Handy。

Handy稱，因此現在的平面NAND不久將會停止縮放，繼而加大對3D NAND的需求。

基本上，3D NAND類似一棟垂直的摩天樓或千層糕。

層是橫向的，活躍字線。

「位線也在晶片頂部的金屬層中水平運行。

垂直通道是NAND『strings』，屬於位線。

」

與此同時，供應商正在從各個階段提高該技術。

三星，3D NAND領導廠商，去年發售第三代3D NAND設備——48層晶片。

除此之外，美光和它的3D NAND合作夥伴——英特爾，近期已經開始發售它們的首款3D NAND晶片——32層設備。

海力士和閃迪/東芝二人組也分別在對48層晶片進行取樣。

2016年預計對3D NAND是一個大關口。

據泛林半導體公司稱，2015年末，全球3D NAND晶圓月產能(wspm)總計160000。

「我們預計2016年末行業3D NAND晶圓月產能約為350000到400000。

」 Pan如是說。

3D NAND仍然表現了一小部分的NAND(2D和3D)設備總產量，後者晶圓月產能大概為1300000到1400000。

「最後，我們希望絕大多數基於NAND的總產能全部成為3D產能。

」 Pan表示。

供應商正在自家新型或改裝的3D NAND晶圓廠中升級這些設備。

據SEMI行業研究&統計小組分析師Christian Dieseldorff,稱，一家2D NAND晶圓廠，晶圓月產能1000，其設備成本約為3000萬美元到4500萬美元，。

而相比之下，一家3D NAND晶圓廠，晶圓月產能1000，其設備成本為5000萬美元到6500萬美元，Christian表示，「因為3D NAND設備需要比如CVD(化學氣相沉積)和蝕刻工具，所以設備成本會更高。

」

對比成本，一些供應商選擇將它們現有的晶圓廠改建為3D NAND晶圓廠。

「從2D到3D，我們認為需要擴大2到4倍的空間。

在這種情況下，大多數設備已經有了，現在只需進行高度再利用即可，此外再配上必需的CVD(化學氣相沉積)和蝕刻工具。

」他表示。

一家3D NAND晶圓廠並不比一家領先的邏輯晶圓廠貴到哪裡。

比如，高德納稱，一個7納米邏輯製程，1000月晶圓產能，需要1.6億美元的晶圓設備投資。