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    我國在3D NAND存儲器研發領域取得標志性進展

    時間:2017-04-27 來源:中科院微電子所 點擊:

    近日,由國家存儲器基地主要承擔單位長江存儲科技有限責任公司(以下簡稱“長江存儲”)與中科院微電子聯合承擔的3D NAND存儲器研發項目取得重要進展。據長江存儲CEO楊士寧在IC咖啡首屆國際智慧科技產業峰會(ICTech Summit 2017)上介紹,32層3D NAND芯片順利通過電學特性等各項指標測試,達到預期要求。該款存儲器芯片由長江存儲與微電子所三維存儲器研發中心聯合開發,在微電子所三維存儲器研發中心主任、長江存儲NAND技術研發部項目資深技術總監霍宗亮的帶領下,成功實現了工藝器件和電路設計的整套技術驗證,向產業化道路邁出具有標志性意義的關鍵一步。

      在大數據需求驅動下,存儲器芯片已是電子信息領域占據市場份額最大的集成電路產品。我國在存儲器芯片領域長期面臨市場需求大而自主知識產權和關鍵技術缺乏的困境,開展大容量存儲技術的研究和相關產品研制迫在眉睫。傳統平面型NAND存儲器在降低成本的同時面臨單元間串擾加劇和單字位成本增加等技術瓶頸。尋求存儲技術階躍性的突破和創新,是發展下一代存儲器的主流思路。

      3D NAND是革新性的半導體存儲技術,通過增加存儲疊層而非縮小器件二維尺寸實現存儲密度增長,從而拓寬了存儲技術的發展空間,但其結構的高度復雜性給工藝制造帶來全新的挑戰。經過不懈努力,工藝團隊攻克了高深寬比刻蝕、高選擇比刻蝕、疊層薄膜沉積、存儲層形成、金屬柵形成以及雙曝光金屬線等關鍵技術難點,為實現多層堆疊結構的3D NAND陣列打下堅實基礎。

    圖1. 3D NAND陣列TEM照片

      存儲器的可靠性是影響產品品質的重要一環,主要評估特性包括耐久性、數據保持特性、耦合和擾動,國際上在3D NAND領域的公開研究結果十分有限。器件團隊通過大量的實驗和數據分析,尋找影響各種可靠性特性的關鍵因素,并和工藝團隊緊密協作,完成了器件各項可靠性指標的優化,最終成功實現了全部可靠性參數達標。

      在電路設計層面,堆疊三維陣列的集成研發面臨比平面型NAND更復雜的技術問題,需要結合三維器件及陣列結構特點進行分析和優化。設計團隊對三維存儲結構進行建模,采用根據層數可調制的編程、讀取電壓配置,補償了器件特性隨陣列物理結構的分布差異,降低了單元串擾影響。并且,應用了諸多創新性的先進設計技術,保證了芯片達到產品級的功能和性能指標。

    圖2. 芯片版圖布局(左),擦除操作測試波形(右)

      3D NAND存儲器芯片研發系列工作得到了國家集成電路產業基金、紫光控股、湖北省國芯投資、湖北省科投的大力支持。

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