淺析NAND閃存工藝

NAND閃存工藝

閃存芯片是非揮發存儲芯片，廣泛用于電子產品，特別是如數碼相機、MP3播放器、手機、全球定位系統(GPS)、高端筆記本電腦和平板電腦等移動電子產品的存儲應用。與磁性硬盤存儲器相比，閃存的數據存取時間短，消耗的功率較少，而且因為沒有任何移動部件，所以可靠性更高。

所有市場上的閃存芯片都是基于浮柵結構的電荷俘獲器件，這種結構已經在后面的部分討論過。下圖顯示了浮柵器件結構，這種結構與NMOS類似。根據不同的電路結構，有兩種類型的閃存器件——NAND和NOR（見下圖）。

下圖（a）和（b）分別顯示了NOR閃存電路和橫截面示意圖。下圖（c）和（d）為64位NAND快閃存儲電路和相應的截面圖?？梢钥闯?，一個NOR閃存等效于1位字符NAND快閃存儲器，這種結構不需要選擇柵。雖然NOR閃存比NAND快閃存儲器的讀取時間短，然而它具有更長的寫入時間和擦除時間。由于低的封裝密度，NOR閃存比NAND快閃存儲器價格高。大多數快閃存儲器芯片是NAND芯片，本節只討論NAND快閃存儲器的工藝流程。

下圖顯示了自對準淺溝槽隔離（SA-STI）工藝流程。P阱離子注入后，生長柵氧化層并利用硬掩膜層沉積浮柵，使用AA版圖圖形化硬掩膜，然后刻蝕浮柵、柵氧化層和硅襯底形成AA圖形化。氮化硅或氮氧化硅是最常使用的硬掩膜材料，多晶硅是最常使用的浮柵材料。硅溝槽刻蝕后，使用高密度等離子體CVD沉積氧化層填充溝槽，利用CMP工藝去除氧化物并停止于硬掩膜層。最后通過剝離工藝去除硬掩膜后完成SA-STI過程。

下圖顯示了內部柵接觸的工藝過程。這是浮柵NVM器件特有的工藝，因為選擇柵MOSFET及外圍區域的控制電路沒有浮柵器件，需要內部柵將浮柵層和控制柵層連接起來。一般情況下浮柵利用多晶硅制成，內部柵介質是氧化物-氮化物-氧化物（oNo）疊層結構，控制柵的第一層也是多晶硅，第二層通常是金屬，如硅化鎢或鎢等。下圖（a）所示的STI氧化物可以使得控制柵和浮柵同步增加，當特征尺寸不斷縮小時，這種情況是不可避免的。

在下面的圖中非常詳細的顯示了WL工藝流程。通過連接浮柵和控制柵的內部柵接觸沉積金屬，所有的MOSFET柵極位于外圍區域。WL層的密集線/圖形間距具有IC產品最高的集成度。在下面的圖中所示AA版圖中的方塊NAND快閃存儲器單元區域可以表示為4F2,F表示結構的最小特征尺寸，4F2是可以達到的最高圖形密度。對于NAND快閃存儲器，AA和WL線/間距比為1：1,因此F是AA和WL的特征尺寸對于25nmNAND閃存器件，F為25nm,其中AA和WL的CD為25nm,存儲單元和單位面積為2500nm或0.0025um2。自對準雙重圖形技術適用于圖形化WL層,也可以應用于AA和BL層。

審核編輯：劉清