東芝WD聯盟3D NAND采用三星技術進行量產

Kioxia（原東芝存儲），西部數據（WD）聯盟3D NAND閃存使用三星電子技術進行批量生產。

東芝開發的3D NAND技術“ BiCS”

很早之前，原東芝存儲就在國際會議VLSI研討會上首次分享了3D NAND閃存的單元技術，該技術“ BiCS被稱為3D NAND閃存”。

BiCS技術有兩個功能。一種是稱為“插拔”。沖孔對應于通道的大量長而窄的孔的過程，以及成為記憶孔內部通道的多晶它由塊狀形成硅膜的過程。

另一種是稱為“門優先”的過程。通過交替堆疊柵極薄膜（字線）和絕緣膜（單元之間的元件隔離膜）來形成3D NAND存儲單元。例如，當垂直地堆疊64個閃存單元時，形成至少64對柵極薄膜（多晶硅膜）和絕緣膜。在“先柵”工藝中，將形成的柵薄膜（多晶硅膜）直接用于柵電極（字線）。

在3D NAND技術問世之前，東芝和WD（最初是SanDisk，但被WD收購）一直與NAND閃存聯合開發和批量生產合作。它仍然維持聯盟。兩家公司聯合生產具有相同結構的閃存。

三星開發的3D NAND技術“ TCAT”

由三星電子開發并在學術會議上介紹的3D NAND技術稱為“ TCAT（Terabit單元陣列晶體管）”。TCAT還使用“打孔和即插即用”技術，其基本概念與BiCS相同。區別在于柵電極的制造過程。TCAT獨立開發了一個稱為“門更換”或“最后門”的流程。

TCAT技術的“柵極替換”工藝使用氮化硅膜代替多晶硅膜作為柵極層。因此，首先，形成將膜間絕緣膜（材料為二氧化硅膜（以下稱為“氧化膜”）和氮化硅膜（以下稱為“氮化膜”）交替層疊的多層膜。內存孔是通過堵塞形成的，通道中填充了多晶硅，這與到目前為止的BiCS技術相似。

這是與BiCS技術的主要區別。通過蝕刻在存儲孔之間的多層膜中形成切口（狹縫）。通過穿過縫隙進行蝕刻來去除氮化物膜。然后，在側壁上形成將成為電荷陷阱（電荷陷阱）層，隧道層和阻擋層的柵極絕緣膜，并且在設置有氮化膜的部分的孔中填充金屬（鎢）。然后，通過蝕刻去除過量的鎢。

三星將其3D NAND閃存技術稱為“ V-NAND”。V-NAND技術基于TCAT技術。盡管與BiCS技術相比，該過程比較復雜，但它具有字線（柵電極）的電阻低的巨大優勢。低字線電阻極大地有助于提高閃存的性能。

選擇三星技術以降低字線電阻

盡管存在上述情況，但東芝&WD聯盟仍采用了類似于TCAT的3D NAND閃存產品存儲單元結構。

圖1：Western Digital（WD）就3D NAND閃存技術進行了演講，幻燈片顯示了類似于三星TCAT技術的存儲單元結構，而不是東芝此前在國際會議上發布的BiCS技術的結構。類似于TCAT技術的“門更換”過程。去除氮化物膜以形成柵極絕緣膜，并且掩埋鎢金屬（字線）。

圖2：Western Digital（WD）于2019年12月8日在IEDM的短期課程中發布了有關3D NAND閃存制造工藝的幻燈片。該過程從左到右進行。從左邊開始的第三步是去除氮化膜（犧牲層）。接下來是嵌入鎢等的過程。

從東芝和WD看到的存儲單元結構差異

實際上，在閃存行業中曾傳出謠言稱，東芝&WD聯盟在其產品中使用了三星的“柵極替換”工藝和鎢金屬柵極。東芝似乎有意將其隱藏了。

在查詢東芝相關存儲技術資料時，可知“ BiCS”技術和“打孔即插即用”技術得到了推進，而“門更換”過程并未受到影響。與之前不同的是，據說存儲單元結構圖使用BiCS技術的多晶硅柵極（即先柵極工藝）。

然而，在2018年12月東芝存儲器發布的相關資料中，該門被描述為“金屬”，而被遮蓋為“控制門（CG）”從描述到現在，它已經邁出了一步。但是，結構圖本身仍然與常規BiCS相同。東芝已經在學術會議上宣布了一種使用硅化物技術來降低字線電阻的技術，因此這種“金屬”可能指的是硅化物技術。

另一方面，WD宣布3D NAND單元的結構圖在2016年之前與東芝相似，但自2017年以來已更改，以反映“門更換”過程。

根據獲取和分析半導體芯片的服務公司TechInsights的說法，三星，SK hynix，東芝（WD）&WD聯盟在3D NAND閃存產品中采用了與TCAT類似的存儲單元技術。目前尚無法確定SK hynix是否已正式宣布這一點。