2013年，三星發(fā)售全球首款3D NAND設(shè)備，在IC(集成電路)業(yè)界達(dá)到了一個(gè)里程碑?，F(xiàn)在，經(jīng)過(guò)一些延遲與不確定性后，英特爾，美光，海力士，閃迪/東芝二人組對(duì)3D NAND最終加大產(chǎn)能或進(jìn)行取樣。

相對(duì)現(xiàn)有平面或2D NAND，3D NAND無(wú)疑是翹首以待的“繼承者”，它適用于內(nèi)存卡，SSD，USB閃存驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品。

雖然我們依然對(duì)現(xiàn)有平面NAND有極大的需求量，但該項(xiàng)技術(shù)的微細(xì)化基本已經(jīng)達(dá)到物理極限。今天，NAND閃存供應(yīng)商正在通過(guò)Mid-1x納米技術(shù)發(fā)售平面部件，這表示該技術(shù)的縮放之路已經(jīng)走向終結(jié)。

那么為了延展NAND市場(chǎng)，OEM(原始設(shè)備制造商)勢(shì)必需要3D NAND。3D NAND正在發(fā)售，但是該技術(shù)預(yù)計(jì)到2017年才有資本進(jìn)軍主流市場(chǎng)，比之前的預(yù)期要長(zhǎng)1到2年。

3D NAND比之前想象的更難制作。它不像2D NAND，后者是平面結(jié)構(gòu)，3D NAND類似于一棟垂直的摩天大樓。一款3D NAND設(shè)備包含多層面或?qū)?，這些層要進(jìn)行堆棧然后利用極小的垂直通道相互連接。

現(xiàn)如今領(lǐng)先的3D NAND部件是32和48層設(shè)備。將3D NAND微細(xì)化至64層及以上時(shí)就有了一些巨大挑戰(zhàn)。事實(shí)上，現(xiàn)在的3D NAND也只是有望堆疊到近128層。

Applied Materials公司硅晶系統(tǒng)事業(yè)部門內(nèi)部存儲(chǔ)部與材料總經(jīng)理Er-Xuan Ping表示：“這就是局限性。達(dá)到某一個(gè)臨界點(diǎn)，單個(gè)字符串受到蝕刻或其它制程的限制?！?/p>

為了讓3D NAND超越128層，該行業(yè)正在秘密開發(fā)一項(xiàng)稱作string stacking(字符串堆疊)的技術(shù)。在研發(fā)中，string stacking包含一個(gè)單個(gè)3D NAND設(shè)備相互向上堆疊的進(jìn)程。比如，如果將3個(gè)64層3D NAND設(shè)備垂直堆疊，那么產(chǎn)生的晶片會(huì)是一款192層的產(chǎn)品。這個(gè)方式是采用某類互聯(lián)方案聯(lián)合單個(gè)64層設(shè)備。

String stacking已經(jīng)處于準(zhǔn)備階段。比如，據(jù)多方資源稱，美光近期展示了一款通過(guò)將2個(gè)32層芯片串聯(lián)在一起組成的64層3D NAND設(shè)備。

然而，這并不能一勞永逸。據(jù)預(yù)測(cè)稱，采用string stacking，3D NAND或?qū)⒃?00層左右達(dá)到極限。

總而言之，3D NAND預(yù)計(jì)至少到2020年都能夠保持可行性?！斑@是一個(gè)10+技術(shù)藍(lán)圖，而且我們才只是剛剛開始，”泛林半導(dǎo)體公司全球產(chǎn)品事業(yè)部首席技術(shù)官，Yang Pan如是說(shuō)。

為了對(duì)自身的設(shè)計(jì)進(jìn)度有更切實(shí)的期望，無(wú)論何種情況，OEM都要解決3D NAND的生產(chǎn)問(wèn)題。為了幫助OEM，Semiconductor Engineering了解了一些極具挑戰(zhàn)性的3D NAND制程步驟。其中包括交替式(alternating step)沉積，高縱橫比蝕刻，金屬沉積和string stacking。

為什么出現(xiàn)3D NAND?

現(xiàn)在，存儲(chǔ)體系相當(dāng)明確。SRAM被集成到加速器用于高速緩存。DRAM用于主要內(nèi)存。磁盤驅(qū)動(dòng)器和基于NAND的SSD用于存儲(chǔ)。

NAND，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，基于傳統(tǒng)浮柵晶體管結(jié)構(gòu)。得益于193納米的浸潤(rùn)式光刻技術(shù)和多重圖形技術(shù)，供應(yīng)商已經(jīng)將平面NAND壓縮至1x納米。

可到了1x納米，問(wèn)題就來(lái)了?！皩?shí)際上浮柵已經(jīng)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(xiàn)在的平面NAND不久將會(huì)停止縮放，繼而加大對(duì)3D NAND的需求?；旧?，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。“位線也在芯片頂部的金屬層中水平運(yùn)行。垂直通道是NAND‘strings’，屬于位線。”

與此同時(shí)，供應(yīng)商正在從各個(gè)階段提高該技術(shù)。三星，3D NAND領(lǐng)導(dǎo)廠商，去年發(fā)售第三代3D NAND設(shè)備——48層芯片。除此之外，美光和它的3D NAND合作伙伴——英特爾，近期已經(jīng)開始發(fā)售它們的首款3D NAND芯片——32層設(shè)備。海力士和閃迪/東芝二人組也分別在對(duì)48層芯片進(jìn)行取樣。

2016年預(yù)計(jì)對(duì)3D NAND是一個(gè)大關(guān)口。據(jù)泛林半導(dǎo)體公司稱，2015年末，全球3D NAND晶圓月產(chǎn)能(wspm)總計(jì)160000?！拔覀冾A(yù)計(jì)2016年末行業(yè)3D NAND晶圓月產(chǎn)能約為350000到400000。” Pan如是說(shuō)。

3D NAND仍然表現(xiàn)了一小部分的NAND(2D和3D)設(shè)備總產(chǎn)量，后者晶圓月產(chǎn)能大概為1300000到1400000?！白詈螅覀兿Ｍ^大多數(shù)基于NAND的總產(chǎn)能全部成為3D產(chǎn)能?！?Pan表示。

供應(yīng)商正在自家新型或改裝的3D NAND晶圓廠中升級(jí)這些設(shè)備。據(jù)SEMI行業(yè)研究&統(tǒng)計(jì)小組分析師Christian Dieseldorff,稱，一家2D NAND晶圓廠，晶圓月產(chǎn)能1000，其設(shè)備成本約為3000萬(wàn)美元到4500萬(wàn)美元，。

而相比之下，一家3D NAND晶圓廠，晶圓月產(chǎn)能1000，其設(shè)備成本為5000萬(wàn)美元到6500萬(wàn)美元，Christian表示，“因?yàn)?D NAND設(shè)備需要比如CVD(化學(xué)氣相沉積)和蝕刻工具，所以設(shè)備成本會(huì)更高。”

對(duì)比成本，一些供應(yīng)商選擇將它們現(xiàn)有的晶圓廠改建為3D NAND晶圓廠?！皬?D到3D，我們認(rèn)為需要擴(kuò)大2到4倍的空間。在這種情況下，大多數(shù)設(shè)備已經(jīng)有了，現(xiàn)在只需進(jìn)行高度再利用即可，此外再配上必需的CVD(化學(xué)氣相沉積)和蝕刻工具。”他表示。

一家3D NAND晶圓廠并不比一家領(lǐng)先的邏輯晶圓廠貴到哪里。比如，高德納稱，一個(gè)7納米邏輯制程，1000月晶圓產(chǎn)能，需要1.6億美元的晶圓設(shè)備投資。

崔歡歡