长江存储闪存芯片的生产工艺
深圳市星际芯城科技有限公司
发表:2024-07-17 10:34:33 阅读:391

长江存储闪存芯片的生产采用了独特的Xtacking技术,其具体生产工艺如下(以生产3D NAND闪存芯片为例):

ONON层的薄膜沉积堆叠:依次在硅片上进行ONON层的薄膜沉积。

极高深宽比刻蚀:使用极高深宽比刻蚀设备对所有层进行蚀刻,形成无数均匀的沟槽孔列。随着存储堆叠层数的上升,沟槽孔的深宽比也会随之攀升,这使得蚀刻工艺的难度越来越大。例如,32/48层的沟槽孔深宽比为40:1,64层的为60:1,96层的为70:1。目前,国内的中微公司主导着极高深宽比蚀刻设备的研发。该公司于2021年自主开发了60:1极高深比刻蚀机,正进行产线导入,以用于长存64层和128层产线。另外,通过采用串堆叠(string stacking)技术,即在某个位置将两个叠堆串联起来,可以使通道孔的形成更快更容易。长江存储的128层闪存就是将两个64层串堆叠实现的。

阶梯刻蚀:对各层通过阶梯刻蚀形成阶梯状结构,这一步骤相对简单,不存在卡脖子问题。

再次蚀刻:再次使用极高深宽比刻蚀设备进行蚀刻,将所有通道空列彼此分开。

氮化物清洗和字线沉积:使用氮化物清洗液去除氮化物层,最后进行字线沉积和接触孔沉积填充钨,将存储单元进行联通。此步骤中的“极高深宽比字线和接触孔钨填充”存在被日美卡脖子的问题。随着3D NAND堆叠层数增加,阶梯接触孔的深宽比会达到40:1到60:1以上,这对氮化钛阻挡层的生长和极高深宽比的钨填充都提出了更高要求。堆叠层数的提高还需要更具挑战性的WL线路填充,包括更高的深宽比和更长的横向填充,这些新工艺都要通过先进的金属CVD或ALD来实现。目前国内在“极高深宽比字线和接触孔钨填充”设备方面由中微公司主导研发。

Xtacking技术将外围电路置于存储单元之上,不占用实际芯片面积,提高了存储密度;存储单元、外围电路分别在两片晶圆上并行加工,缩短了生产周期;外围电路可以单独加工,与存储单元可以互相独立设计、生产,消除了二者之间的设计、工艺牵制,有利于实现更高性能。外围电路面积与存储单元面积几乎相等,相对来说外围电路晶体管密度可以比较低,一般使用50nm工艺节点即可满足需求,最高也无需超过28nm工艺,无需先进制程的光刻机。

通过不断的技术研发和创新,长江存储在闪存芯片生产工艺上取得了显著进展,为国产闪存芯片的发展做出了重要贡献。但需要注意的是,闪存芯片生产工艺非常复杂,涉及众多技术细节和高端设备,且技术在不断发展和进步,实际的生产工艺可能会随着技术的更新而有所变化。

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