1000層3D NAND Flash時代即將到來

Lam Research 推出 Lam Cryo 3.0，這是該司經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證的第三代低溫電介質(zhì)蝕刻技術(shù)，為其客戶邁向 1,000 層 3D NAND 鋪平道路。隨著生成人工智能的普及繼續(xù)推動對具有更高容量和性能的存儲需求，Lam Cryo 3.0 提供了制造未來尖端 3D NAND 的關(guān)鍵蝕刻能力。利用超低溫度、高功率受限等離子反應(yīng)器技術(shù)和表面化學(xué)創(chuàng)新，Lam Cryo 3.0 以業(yè)界領(lǐng)先的精度和輪廓控制進(jìn)行蝕刻。

據(jù) Lam Research 介紹，目前已經(jīng)有 500 萬片晶圓使用 Lam 低溫蝕刻技術(shù)制造，是 3D NAND 生產(chǎn)領(lǐng)域的一次突破。新技術(shù)能夠以埃級精度創(chuàng)建高縱橫比 (HAR) 特征，同時降低對環(huán)境的影響，蝕刻速率是傳統(tǒng)介電工藝的兩倍以上。Lam Cryo 3.0 已面向領(lǐng)先的存儲制造商推出。

到目前為止，3D NAND 主要通過堆疊垂直存儲單元層來取得進(jìn)展，這可以通過蝕刻深而窄的 HAR 存儲通道來實(shí)現(xiàn)。這些特征與目標(biāo)輪廓的輕微原子級偏差會對芯片的電氣性能產(chǎn)生負(fù)面影響，并可能影響產(chǎn)量。Lam Cryo 3.0 經(jīng)過優(yōu)化，可解決這些和其他蝕刻挑戰(zhàn)。

業(yè)界最先進(jìn)的低溫蝕刻技術(shù)

Lam Cryo 3.0 采用該公司獨(dú)特的高功率受限等離子反應(yīng)器、工藝改進(jìn)和遠(yuǎn)低于 -0℃的溫度，從而可以利用新的蝕刻化學(xué)成分。當(dāng)與 Lam 最新的 Vantex 介電系統(tǒng)的可擴(kuò)展脈沖等離子技術(shù)相結(jié)合時，蝕刻深度和輪廓控制顯著提高。使用 Lam Cryo 3.0 技術(shù)，3D NAND 制造商可以蝕刻深度高達(dá) 10 微米的存儲通道，特征關(guān)鍵尺寸從頂部到底部的偏差小于 0.1%。

其他亮點(diǎn)包括：

• 卓越的生產(chǎn)效率：與傳統(tǒng)電介質(zhì)工藝相比，Lam Cryo 3.0 的蝕刻速度提高了 2.5 倍，具有更好的晶圓間重復(fù)性，可幫助 3D NAND 制造商以更低的成本實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量。

• 更高的可持續(xù)性：與傳統(tǒng)蝕刻工藝相比，Lam Cryo 可將每片晶圓的能耗降低 40%，排放量減少高達(dá) 90%。

• 最大化設(shè)備投資：為了實(shí)現(xiàn)最佳輪廓控制和最快、最深的電介質(zhì)蝕刻，Lam Cryo 3.0 可以集成到 Lam 最新的 Vantex 系統(tǒng)中。它還與該司的 Flex HAR 電介質(zhì)蝕刻機(jī)產(chǎn)品組合兼容，所有主要存儲制造商都使用該產(chǎn)品進(jìn)行 3D NAND 批量生產(chǎn)。

三巨頭 3D NAND 進(jìn)展

不過就目前來看，主要的閃存巨頭的堆疊層數(shù)還停留在 300+層。韓媒 ETNews 報(bào)道稱，SK 海力士將加速下一代 NAND 閃存的開發(fā)，計(jì)劃 2025 年末完成 400+ 層堆疊 NAND 的量產(chǎn)準(zhǔn)備，2026 年二季度正式啟動大規(guī)模生產(chǎn)。報(bào)道中還提到，SK 海力士新的 400+ 層堆疊 NAND 閃存將采用不同于現(xiàn)有「4D NAND」的整體結(jié)構(gòu)。

SK 海力士目前的 4D NAND 采用了 PUC（PeriUnder Cell，單元下外圍）技術(shù)，將外圍控制電路放置在存儲單元的下方，較更傳統(tǒng)的外圍電路側(cè)置設(shè)計(jì)可減少芯片占用空間。

而 SK 海力士未來的 NAND 將在兩塊晶圓上分別制造外圍電路和存儲單元，此后采用 W2W（晶圓對晶圓）形式的混合鍵合技術(shù)，將這兩部分整合為完整的閃存。

換句話說，SK 海力士也將采用類似長江存儲 Xtacking、鎧俠-西部數(shù)據(jù) CBA 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。報(bào)道指出，SK 海力士已在著手構(gòu)建 NAND 混合鍵合所需的原材料與設(shè)備供應(yīng)鏈，正對混合鍵合技術(shù)與材料進(jìn)行新的審查；此外三星電子也考慮在下一代 NAND 生產(chǎn)中應(yīng)用混合鍵合。

NAND 閃存是一種非易失性存儲芯片，即使斷電也能存儲數(shù)據(jù)。它用于智能手機(jī)、USB 驅(qū)動器和服務(wù)器等設(shè)備。據(jù)市場研究公司 Omdia 預(yù)計(jì)，NAND 閃存市場在 2023 年下降 37.7% 后，預(yù)計(jì)今年將增長 38.1%。為了在快速增長的市場中占據(jù)一席之地，三星也在大力投資 NAND 業(yè)務(wù)。今年 4 月，三星電子宣布其第九代 V-NAND 1Tb TLC 產(chǎn)品開始量產(chǎn)，比三星上一代產(chǎn)品提高約 50% 的位密度（bit density），通過通道孔蝕刻技術(shù)（channel hole etching）提高生產(chǎn)效率。隨著人工智能時代對高性能和大型存儲設(shè)備的需求增長，這家韓國芯片制造商還計(jì)劃明年推出 430 層 NAND 芯片。

近日，美光科技宣布，其第九代（G9）TLC NAND 技術(shù)的 SSD 已正式投入量產(chǎn)并開始大量出貨。美光 G9 NAND 傳輸速率 3.6 GB/s 為業(yè)界最高，為個人設(shè)備、邊緣服務(wù)器以及企業(yè)級和云端數(shù)據(jù)中心的 AI 和數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供了高速帶寬。

與現(xiàn)有競品相比，G9 NAND 的數(shù)據(jù)傳輸速率提升了 50%，每晶粒的寫入帶寬擴(kuò)大了 99%，讀取帶寬擴(kuò)大了 88%。

此外，美光 G9 NAND 延續(xù)了前代產(chǎn)品的特色，采用 11.5mm x 13.5mm 的封裝，體積較競品縮小了 28%，成為市售體積最小的高密度 NAND。

美光副總裁暨用戶端儲存事業(yè)部總經(jīng)理 Prasad Alluri 指出，盡管 PCIe Gen4 市場理論上近乎飽和，美光 2650 SSD 采用最新的 G9 NAND 技術(shù)，推進(jìn)了 TLC 用戶端 SSD 的性能極限。

在 PCMark 10 的測試中，該產(chǎn)品的表現(xiàn)比競品高出 38%，預(yù)示著將重新定義同等級 SSD 的用戶體驗(yàn)。

該產(chǎn)品在 PCIe Gen4 下提供了連續(xù)讀取速率高達(dá) 7000 MB/s，相較于競品，連續(xù)讀取速率最高提升了 70%，連續(xù)寫入速率最高提升了 103%，隨機(jī)讀取速率最高提升了 156%，隨機(jī)寫入速率最高提升了 85%。