3 d与非

3D NAND闪存使新一代非易失性固态存储成为可能,几乎可以在所有可以想象到的电子设备中使用。3D NAND结构的数据密度甚至可以超过2D NAND结构,即使是在下一代技术节点上制作。用于增加存储容量的方法在内存存储、结构稳定性和电特性方面具有潜在的重大权衡。提高三维NAND器件数据密度的方法可以在SEMulator3D中进行研究,以确保所选设计的可制造性。

三维NAND器件及其工作原理

3D NAND器件由三个主要部件组成:存储数据的通道区,它垂直穿透导体和绝缘层交替堆叠;一个“楼梯”,以访问上述层的每一个字行;和狭沟来隔离连接到位线的通道。3D NAND堆栈的剖面图如下(左),旁边是示意图(右):

楔形切割和原理图- 3D NAND器件

图1:楔形剖切和原理图- 3D NAND器件

电荷阱类型的3D NAND结构,如上图所示,使用W和SiO2交替堆叠,垂直圆柱形通道射孔整个堆叠。当电压加到字线上时,数据被写入或擦除,而电子从通道穿过到SiN电荷陷阱层。

存储容量挑战

而存储容量是最容易增加通过添加更多的层,以将堆叠,显著挑战出现为堆栈增益高度。用于信道的可用面积减小,如下图所示:

3D NAND堆叠的楼梯跨度。增加层来增加存储密度需要额外的楼梯台阶来进入每一层。每增加一个步骤,可用的通道面积(由蓝色箭头表示)就会减少,因为楼梯下面的体积是不可用的。

图2:三维NAND堆栈的楼梯跨度。增加层来增加存储密度需要额外的楼梯台阶来进入每一层。每增加一个步骤,可用的通道面积(由蓝色箭头表示)就会减少,因为楼梯下面的体积是不可用的。

由于“阶梯”的高度变大,可用的空间减小。一个额外的挑战是通过去除所构成,在某些类型的楼梯的“台阶”之间的牺牲层的3D NAND的。这些层通过湿蚀刻除去创建房间供以后在制造工艺中的原子层沉积;因此,一个大的楼梯装置长得多,悬浮在薄空气和结构崩溃的可能性分离层:

罪牺牲层问题。移除SiN需要在3D NAND中创建ONON堆栈3D结构。左图显示了一个20~30 nm厚的SiO2层,桥接在500 nm的距离上。有了更大的楼梯(见右图),氧化层跨越更大的尺寸,有一层坍塌的危险。

图3:罪牺牲层问题。移除SiN需要在3D NAND中创建ONON堆栈3D结构。左图显示了一个20~30 nm厚的SiO2层,桥接在500 nm的距离上。有了更大的楼梯(见右图),氧化层跨越更大的尺寸,有一层坍塌的危险。

将所述步骤允许更多的字线的接触通孔的阶梯构造,并导致更紧凑的楼梯的插入没有这种危险[2]。然而,由于所有信道必须被电分离,访问信道的数量取决于最小线间距,可适配于信道间距内(如果每个信道有它自己的线)。

分层楼梯结构。左图:使用在撰写本文时(2018年)可用的制造技术,这将通道面积限制为大约4个通道。右图:一个更极端的例子,在结构中有4个步骤。

图4:分层阶梯状结构。左图:4通道结构。右图:一个更极端的例子,在结构中有4个步骤。

然而,更宽的堆叠理想的是,较低数目的狭缝它需要-可以含有多于四个通道,然后需要被分成周期的基团。信道的基团可通过利用蚀刻工艺,以穿透层的子集,有效地利用浮置栅极作为选择晶体管的若干层被分离:

左图显示了使用4层楼梯将4个堆栈合并在一起的12层配置的最极端情况。右边的图显示了通道和位线接触。

图5:左图显示了使用4层楼梯将4个堆栈合并在一起的12层配置的最极端情况。右边的图显示了通道和位线接触。

支撑柱的作用分析

创建3D NAND的制造过程非常复杂,因此很难理解存储容量、稳定性以及由于多层叠加、步骤划分或层间射孔而导致的其他性能变化的所有权衡。下面所示的虚拟过程模型模拟了所建议的制造步骤。使用SEMulator3D测试添加支撑柱和不同尺寸的接触孔的效果。在去除楼梯层之间的牺牲材料时,添加的柱子,其孔被蚀刻,然后填满SiO2,支撑结构:

三维NAND支撑结构。示出支承结构侧和等距视图。右图有颜色的白色为清楚的SiO2部分。在SiO 2列穿孔阶梯结构一路到基底上。

图6:3D NAND支撑结构。示出支承结构侧和等距视图。右图有颜色的白色为清楚的SiO2部分。在SiO 2列穿孔阶梯结构一路到基底上。

电分析对Semulator3D模型执行用于研究的分离的字线层和模拟在右侧曲线图上电阻柱尺寸,以及字线电容(的效果,孔直径指列宽)。结果表明,扩大支撑柱提高了结构稳定性,但增加了字行阻力,并使用了额外的空间(见图7,下面)。

模拟电阻和电容值。左:用于电测量的孤立字线层。右图:绘制电容和电阻。

图7:模型化电阻和电容值。左:用于电测量的孤立字线层。右:电容和电阻都在我们的研究中plotted.Based,扩大支撑柱提供改善的结构稳定性,但增加的字线电阻和使用额外的空间。因此,它似乎是有益的,以尽量减少大小和支撑柱的数量之多,设备的结构完整性将允许。

结论

本研究展示了分层、三维NAND楼梯结构的现实过程模型,以及虚拟制造,以提高对使用支撑柱来提高高密度存储结构的结构稳定性的权衡理解。

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下载的论文“创新解决方案,以增加三维NAND闪存密度”,以了解更多有关三维NAND技术和方法,提高三维NAND数据密度。

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