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2013-2014年將提前投入實用垂直型晶體管NAND閃存芯片技術(shù)(圖）
垂直型晶體管技術(shù)為何大獲廠商青睞？
之所以最近NAND閃存芯片廠商開始對垂直型晶體管技術(shù)大表熱衷，其原因在于要想在下一個節(jié)點制程繼續(xù)發(fā)展現(xiàn)有的平面型晶體管技術(shù)，其成本代價將過高影響成本的主要因素則是光刻的難度。而初期推出的采用垂直型晶體管技術(shù)的NAND閃存芯片，則僅需采用半節(jié)距尺寸為55nm的設(shè)定而且很有可能僅需使用干式光刻機(jī)即可制造。不僅如此，制造垂直型晶體管結(jié)構(gòu)NAND芯片的工序也并不十分復(fù)雜。以三星的TCAT工藝為例，其工序為首先通過交替淀積多個氧化層和氮化層的方法形成疊層，然后使用濕法蝕刻將疊層中的氮化硅即氮化層蝕刻掉，最后填充鎢材料形成字線，位線及觸點結(jié)構(gòu)。
在不久前結(jié)束的Semicon West2011大會上，記者獲悉，在未來兩到三年之內(nèi)，存儲芯片廠商可能會開始采用垂直型晶體管技術(shù)來制作NAND閃存芯片產(chǎn)品。到2013年，幾家主要的NAND閃存芯片廠商如Hynix，三星以及東芝等用于生產(chǎn)垂直型晶體管NAND閃存芯片的試產(chǎn)線將準(zhǔn)備就緒，而此后的一年或更長時間之后，有關(guān)產(chǎn)品的量產(chǎn)則會啟動。另外，臺灣旺宏電子也已經(jīng)開始研發(fā)與此有關(guān)的NAND閃存芯片技術(shù)。
據(jù)Novellus公司的執(zhí)行副總裁Fusen Chen介紹，如果繼續(xù)使用平面型晶體管技術(shù)，那么今年用于制造NAND芯片的制程技術(shù)便已經(jīng)被推進(jìn)到20nm節(jié)點，到2013年，制程技術(shù)則需要進(jìn)一步推進(jìn)到1Xnm制程級別。如此，便必須使用193nm液浸式光刻+自對準(zhǔn)四重成像技術(shù)，或者EUV光刻技術(shù)來制造芯片，而兩種解決方案的成本“都是非常高的”。為了避免光刻成本提升過快，Chen表示垂直型晶體管結(jié)構(gòu)的NAND閃存“將在2013年的時間點啟動”。
NAND芯片廠商八仙過海各顯其能：
不過，各家廠商實現(xiàn)垂直型晶體管結(jié)構(gòu)的方法則各有不同。東芝和三星較為傾向于采用電荷捕獲型柵極結(jié)構(gòu)的垂直型晶體管；Hynix則傾向于采用傳統(tǒng)浮柵柵極結(jié)構(gòu)的垂直型晶體管。而且，在柵極制作工藝方面，也分為Gate-last和Gate-first兩種工藝流派。
Lee認(rèn)為：“廠商們何時會將垂直型晶體管技術(shù)應(yīng)用到NAND閃存的制造中，這就要取決于他們能將現(xiàn)有的平面型晶體管技術(shù)推進(jìn)到多遠(yuǎn)了。而轉(zhuǎn)向垂直型晶體管技術(shù)之后，芯片的制程尺寸方面則可以繼續(xù)保持縮減趨勢。”
Novellus公司的高管Bart van Schravendijk則認(rèn)為，到2013年前，不論是否使用EUV光刻技術(shù)，NAND芯片廠商都需要應(yīng)用雙重成像乃至四重成像技術(shù)。“如果把EUV和自對準(zhǔn)多種成像技術(shù)結(jié)合在一起，那么成本將變得非常昂貴。相比之下，采用垂直型晶體管技術(shù)則暫不會在光刻技術(shù)方面遇到很多問題.另一方面，基于TSV的三維堆疊技術(shù)也正在興起。”
除了光刻方面的難題之外，要想繼續(xù)走平面型晶體管技術(shù)的老路，材料方面也存在難題需要解決。據(jù)應(yīng)用材料公司的高管 Gil Lee表示，節(jié)點制程提升到1xnm級別之后，為了控制寄生電容值，必須對浮柵的形狀進(jìn)行控制，同時還需要應(yīng)用Airgap技術(shù)。另外，此時平面型結(jié)構(gòu)將面臨浮柵與控制柵之間的介電層厚度（inter-poly dielectric）很難進(jìn)一步縮小的問題，需要改變現(xiàn)有的控制柵+浮柵的結(jié)構(gòu)，改用電荷捕獲型柵極結(jié)構(gòu)（(Charge Trapping Type)），在控制柵下方布置O-N-O或更復(fù)雜的分層結(jié)構(gòu)（比如三星便計劃采用的MENOS，便采取了金屬柵+氧化鋁阻擋氧化物+氮化硅電荷捕獲層+二氧化硅隧穿介電層的結(jié)構(gòu)）。
我們常說的閃存其實只是一個籠統(tǒng)的稱呼，準(zhǔn)確地說它是非易失隨機(jī)訪問存儲器(NVRAM)的俗稱，特點是斷電后數(shù)據(jù)不消失，因此可以作為外部存儲器使用。 而所謂的內(nèi)存是揮發(fā)性存儲器，分為DRAM和SRAM兩大類，其中常說的內(nèi)存主要指DRAM，也就是我們熟悉的DDR、DDR2、SDR、EDO等等。
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