研究背景
在信息時(shí)代的飛速發(fā)展中，海量數(shù)據(jù)的處理不僅對(duì)于芯片算力提出越來(lái)越高的要求，不斷累積的數(shù)據(jù)也需要更大、更快、延時(shí)更低的存儲(chǔ)介質(zhì)，三星、海力士等存儲(chǔ)大廠也在不斷推出更高性能、更大容量的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。
隨著3D NAND容量不斷增加，存儲(chǔ)芯片堆棧數(shù)量也同步增加，這使得在同樣面積區(qū)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度。隨著堆棧層數(shù)一同增加的是通過(guò)單次先進(jìn)刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)通孔的技術(shù)難度，從60-70以上的堆棧層數(shù)開(kāi)始，英特爾&美光、鎧俠、海力士以及西部數(shù)據(jù)等存儲(chǔ)大廠都轉(zhuǎn)向了雙堆棧技術(shù)，這是一種通過(guò)兩次高深寬比接觸*（High Aspect Ratio Contact，以下簡(jiǎn)稱HARC）刻蝕來(lái)形成垂直通孔結(jié)構(gòu)，但多堆棧技術(shù)需要復(fù)雜的工藝步驟，在保障單次工藝良率的前提下，三星的單堆棧方案可以縮短工藝步驟、降低量產(chǎn)成本。
在2021年Symposia on VLSI Technology and Circuits上，三星電子Flash工藝架構(gòu)團(tuán)隊(duì)發(fā)布了單堆棧128層3D NAND最新研究成果，并以“Highly-Reliable Cell Characteristics with 128-Layer Single-Stack 3D-NAND Flash Memory”為題在會(huì)上發(fā)表，第一作者及通訊作者為團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人樸世?。⊿ejun Park，韓文名???）。
*高深寬比接觸：暫譯名，原文High Aspect Ratio Contact，即深度遠(yuǎn)大于直徑的通孔刻蝕，是由三星半導(dǎo)體與Lam Research共同研發(fā)的一種技術(shù)，通過(guò)HARC可以通過(guò)更少的工藝步驟實(shí)現(xiàn)同等層數(shù)閃存的制造。
研究?jī)?nèi)容
在這項(xiàng)研究中，三星電子Flash工藝架構(gòu)團(tuán)隊(duì)提出了通過(guò)單堆棧技術(shù)實(shí)現(xiàn)128層3D NAND閃存的方法，并在量產(chǎn)3D NAND閃存產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)了世界上最小的單元間距。此外，團(tuán)隊(duì)研究了工藝縮放和單堆?？涛g引起的退化問(wèn)題，并討論了解決方法，通過(guò)優(yōu)化工藝窗口，解決了工藝誘導(dǎo)的電池可靠性退化問(wèn)題。
前景展望
憑借先進(jìn)的HARC蝕刻技術(shù)和工藝單元的極大縮小，三星首次成功制造出單堆棧512Gb的TLC 3D V-NAND閃存，未來(lái)將量產(chǎn)相應(yīng)SSD產(chǎn)品，這顯示了單堆棧技術(shù)仍有發(fā)展?jié)摿?，一定程度上打消了業(yè)界自2019年來(lái)對(duì)高層數(shù)單堆棧方案的質(zhì)疑，也為未來(lái)256層及更大層數(shù)的3D-NAND閃存產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新的道路和堆棧方案。
團(tuán)隊(duì)介紹
樸世?。⊿ejun Park，韓文名???），三星電子Flash閃存工藝架構(gòu)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，畢業(yè)于韓國(guó)延世大學(xué)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)，曾于2016年作為訪問(wèn)學(xué)者赴斯坦福大學(xué)研習(xí)。2006年至今于三星電子任職，2008-2012年參與了三星2Xnm、2Ynm、1Xnm、第二代32層V-NAND閃存等工藝節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)工作，15-17年擔(dān)任第3/4/5代3D閃存（對(duì)應(yīng)48/64/96層V-NAND）產(chǎn)品/單元結(jié)構(gòu)研發(fā)總工程師，17年至今擔(dān)任3D閃存架構(gòu)研發(fā)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。
論文原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9508742
