东芝WD联盟3D NAND采用三星技术进行量产

Kioxia（原东芝存储），西部数据（WD）联盟3D NAND闪存使用三星电子技术进行批量生产。

东芝开发的3D NAND技术“ BiCS”

很早之前，原东芝存储就在国际会议VLSI研讨会上首次分享了3D NAND闪存的单元技术，该技术“ BiCS被称为3D NAND闪存”。

BiCS技术有两个功能。一种是称为“插拔”。冲孔对应于通道的大量长而窄的孔的过程，以及成为记忆孔内部通道的多晶它由块状形成硅膜的过程。

另一种是称为“门优先”的过程。通过交替堆叠栅极薄膜（字线）和绝缘膜（单元之间的元件隔离膜）来形成3D NAND存储单元。例如，当垂直地堆叠64个闪存单元时，形成至少64对栅极薄膜（多晶硅膜）和绝缘膜。在“先栅”工艺中，将形成的栅薄膜（多晶硅膜）直接用于栅电极（字线）。

在3D NAND技术问世之前，东芝和WD（最初是SanDisk，但被WD收购）一直与NAND闪存联合开发和批量生产合作。它仍然维持联盟。两家公司联合生产具有相同结构的闪存。

三星开发的3D NAND技术“ TCAT”

由三星电子开发并在学术会议上介绍的3D NAND技术称为“ TCAT（Terabit单元阵列晶体管）”。TCAT还使用“打孔和即插即用”技术，其基本概念与BiCS相同。区别在于栅电极的制造过程。TCAT独立开发了一个称为“门更换”或“最后门”的流程。

TCAT技术的“栅极替换”工艺使用氮化硅膜代替多晶硅膜作为栅极层。因此，首先，形成将膜间绝缘膜（材料为二氧化硅膜（以下称为“氧化膜”）和氮化硅膜（以下称为“氮化膜”）交替层叠的多层膜。内存孔是通过堵塞形成的，通道中填充了多晶硅，这与到目前为止的BiCS技术相似。

这是与BiCS技术的主要区别。通过蚀刻在存储孔之间的多层膜中形成切口（狭缝）。通过穿过缝隙进行蚀刻来去除氮化物膜。然后，在侧壁上形成将成为电荷陷阱（电荷陷阱）层，隧道层和阻挡层的栅极绝缘膜，并且在设置有氮化膜的部分的孔中填充金属（钨）。然后，通过蚀刻去除过量的钨。

三星将其3D NAND闪存技术称为“ V-NAND”。V-NAND技术基于TCAT技术。尽管与BiCS技术相比，该过程比较复杂，但它具有字线（栅电极）的电阻低的巨大优势。低字线电阻极大地有助于提高闪存的性能。

选择三星技术以降低字线电阻

尽管存在上述情况，但东芝&WD联盟仍采用了类似于TCAT的3D NAND闪存产品存储单元结构。

图1：Western Digital（WD）就3D NAND闪存技术进行了演讲，幻灯片显示了类似于三星TCAT技术的存储单元结构，而不是东芝此前在国际会议上发布的BiCS技术的结构。类似于TCAT技术的“门更换”过程。去除氮化物膜以形成栅极绝缘膜，并且掩埋钨金属（字线）。

图2：Western Digital（WD）于2019年12月8日在IEDM的短期课程中发布了有关3D NAND闪存制造工艺的幻灯片。该过程从左到右进行。从左边开始的第三步是去除氮化膜（牺牲层）。接下来是嵌入钨等的过程。

从东芝和WD看到的存储单元结构差异

实际上，在闪存行业中曾传出谣言称，东芝&WD联盟在其产品中使用了三星的“栅极替换”工艺和钨金属栅极。东芝似乎有意将其隐藏了。

在查询东芝相关存储技术资料时，可知“ BiCS”技术和“打孔即插即用”技术得到了推进，而“门更换”过程并未受到影响。与之前不同的是，据说存储单元结构图使用BiCS技术的多晶硅栅极（即先栅极工艺）。

然而，在2018年12月东芝存储器发布的相关资料中，该门被描述为“金属”，而被遮盖为“控制门（CG）”从描述到现在，它已经迈出了一步。但是，结构图本身仍然与常规BiCS相同。东芝已经在学术会议上宣布了一种使用硅化物技术来降低字线电阻的技术，因此这种“金属”可能指的是硅化物技术。

另一方面，WD宣布3D NAND单元的结构图在2016年之前与东芝相似，但自2017年以来已更改，以反映“门更换”过程。

根据获取和分析半导体芯片的服务公司TechInsights的说法，三星，SK hynix，东芝（WD）&WD联盟在3D NAND闪存产品中采用了与TCAT类似的存储单元技术。目前尚无法确定SK hynix是否已正式宣布这一点。