芯片世界的革新：從二維平面跨入三維空間

　　全球物聯(lián)網(wǎng)、大數據中心、智能家居、便攜設備等應用的發(fā)展不斷豐富著(zhù)我們的物質(zhì)生活和精神生活，這些應用的正常運行都離不開(kāi)半導體數據存儲芯片——僅一片指甲蓋面積大小的芯片區域就可以存放約300套《大英百科全書(shū)》文字內容的高科技產(chǎn)品。近年來(lái)，人類(lèi)社會(huì )的數據量迅速激增，一年產(chǎn)生的數據就相當于人類(lèi)進(jìn)入現代化以前所有歷史的總和，這對存儲器芯片的容量和存儲密度提出了更高要求。

　　傳統半導體存儲器芯片通過(guò)提高單位面積的存儲能力實(shí)現容量增長(cháng)，但在后摩爾時(shí)代已不可避免地面臨單元間串擾加劇和單字位成本增加等瓶頸。因此，尋求存儲技術(shù)階躍性的突破和創(chuàng )新，是發(fā)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(shù)，通過(guò)增加存儲疊層而非縮小器件二維尺寸實(shí)現存儲密度增長(cháng)，將半導體存儲器的發(fā)展空間帶入第三維度，成為未來(lái)實(shí)現存儲器芯片容量可持續增長(cháng)的關(guān)鍵。

　　中國作為全球制造業(yè)基地，存儲器消耗量驚人。據統計，中國存儲器消耗量占全球總消耗量的50%以上，但國產(chǎn)存儲產(chǎn)品卻屈指可數。我國在存儲器芯片領(lǐng)域長(cháng)期面臨市場(chǎng)需求大而自主知識產(chǎn)權和關(guān)鍵技術(shù)缺乏的困境，開(kāi)展大容量存儲技術(shù)的研究和相關(guān)產(chǎn)品研制迫在眉睫。2014年6月，國務(wù)院印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，將半導體產(chǎn)業(yè)新技術(shù)研發(fā)提升至國家戰略高度。在此背景下，為推動(dòng)自主存儲芯片技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國科學(xué)院微電子研究所與長(cháng)江存儲科技有限責任公司建立戰略合作，集中開(kāi)展3D NAND領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的全方位攻關(guān)。

　　3DNAND芯片的物理結構非常復雜，如果說(shuō)傳統芯片的工藝制作過(guò)程如同在硅基材料的微觀(guān)世界里蓋平房，那么3D NAND多層堆疊結構的實(shí)現則是筑起高樓大廈的高難度工程，這給半導體工藝制造帶來(lái)了全新挑戰，需要在工藝流程上解決高深寬比刻蝕、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(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)，才能實(shí)現特性穩定、良率較高的存儲核心結構。

　　存儲器的可靠性是影響產(chǎn)品品質(zhì)的重要一環(huán)，數據耐久性、數據保持特性、耦合和擾動(dòng)是可靠性的主要評估特性，綜合反映了存儲器可以正確存取資料的使用壽命。NAND型存儲器的普遍壽命在10年左右。由于不可123123能在自然條件下進(jìn)行測試，研發(fā)人員采用存儲器加速老化的測試方法，在1-2周內模擬數十年的過(guò)程，通過(guò)大量實(shí)驗數據的組合分析，尋找影響可靠性特性的關(guān)鍵因素。同時(shí)，研發(fā)人員還建立了三維存儲結構的理論及工程模型，并應用創(chuàng )新性的電路設計技術(shù)，保證芯片各項指標達到產(chǎn)品級別。

　　目前，由微電子所與長(cháng)江存儲聯(lián)合開(kāi)展的3DNAND關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已取得重要進(jìn)展，研發(fā)的32層存儲器芯片順利通過(guò)電學(xué)特性等各項指標測試，達到了預期要求，系國內首次實(shí)現3D NAND工藝器件和電路設計等一整套技術(shù)驗證，標志著(zhù)我國3D NAND存儲器研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化道路邁出了關(guān)鍵一步。