Kioxia（原東芝存儲），西部數(shù)據(jù)（WD）聯(lián)盟3D NAND閃存使用三星電子技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)。

東芝開發(fā)的3D NAND技術(shù)“ BiCS”

很早之前，原東芝存儲就在國際會議VLSI研討會上首次分享了3D NAND閃存的單元技術(shù)，該技術(shù)“ BiCS被稱為3D NAND閃存”。

BiCS技術(shù)有兩個功能。一種是稱為“插拔”。沖孔對應(yīng)于通道的大量長而窄的孔的過程，以及成為記憶孔內(nèi)部通道的多晶它由塊狀形成硅膜的過程。

另一種是稱為“門優(yōu)先”的過程。通過交替堆疊柵極薄膜（字線）和絕緣膜（單元之間的元件隔離膜）來形成3D NAND存儲單元。例如，當(dāng)垂直地堆疊64個閃存單元時，形成至少64對柵極薄膜（多晶硅膜）和絕緣膜。在“先柵”工藝中，將形成的柵薄膜（多晶硅膜）直接用于柵電極（字線）。

在3D NAND技術(shù)問世之前，東芝和WD（最初是SanDisk，但被WD收購）一直與NAND閃存聯(lián)合開發(fā)和批量生產(chǎn)合作。它仍然維持聯(lián)盟。兩家公司聯(lián)合生產(chǎn)具有相同結(jié)構(gòu)的閃存。

三星開發(fā)的3D NAND技術(shù)“ TCAT”

由三星電子開發(fā)并在學(xué)術(shù)會議上介紹的3D NAND技術(shù)稱為“ TCAT（Terabit單元陣列晶體管）”。TCAT還使用“打孔和即插即用”技術(shù)，其基本概念與BiCS相同。區(qū)別在于柵電極的制造過程。TCAT獨(dú)立開發(fā)了一個稱為“門更換”或“最后門”的流程。

TCAT技術(shù)的“柵極替換”工藝使用氮化硅膜代替多晶硅膜作為柵極層。因此，首先，形成將膜間絕緣膜（材料為二氧化硅膜（以下稱為“氧化膜”）和氮化硅膜（以下稱為“氮化膜”）交替層疊的多層膜。內(nèi)存孔是通過堵塞形成的，通道中填充了多晶硅，這與到目前為止的BiCS技術(shù)相似。

這是與BiCS技術(shù)的主要區(qū)別。通過蝕刻在存儲孔之間的多層膜中形成切口（狹縫）。通過穿過縫隙進(jìn)行蝕刻來去除氮化物膜。然后，在側(cè)壁上形成將成為電荷陷阱（電荷陷阱）層，隧道層和阻擋層的柵極絕緣膜，并且在設(shè)置有氮化膜的部分的孔中填充金屬（鎢）。然后，通過蝕刻去除過量的鎢。

三星將其3D NAND閃存技術(shù)稱為“ V-NAND”。V-NAND技術(shù)基于TCAT技術(shù)。盡管與BiCS技術(shù)相比，該過程比較復(fù)雜，但它具有字線（柵電極）的電阻低的巨大優(yōu)勢。低字線電阻極大地有助于提高閃存的性能。

選擇三星技術(shù)以降低字線電阻

盡管存在上述情況，但東芝&WD聯(lián)盟仍采用了類似于TCAT的3D NAND閃存產(chǎn)品存儲單元結(jié)構(gòu)。

圖1：Western Digital（WD）就3D NAND閃存技術(shù)進(jìn)行了演講，幻燈片顯示了類似于三星TCAT技術(shù)的存儲單元結(jié)構(gòu)，而不是東芝此前在國際會議上發(fā)布的BiCS技術(shù)的結(jié)構(gòu)。類似于TCAT技術(shù)的“門更換”過程。去除氮化物膜以形成柵極絕緣膜，并且掩埋鎢金屬（字線）。

圖2：Western Digital（WD）于2019年12月8日在IEDM的短期課程中發(fā)布了有關(guān)3D NAND閃存制造工藝的幻燈片。該過程從左到右進(jìn)行。從左邊開始的第三步是去除氮化膜（犧牲層）。接下來是嵌入鎢等的過程。

從東芝和WD看到的存儲單元結(jié)構(gòu)差異

實際上，在閃存行業(yè)中曾傳出謠言稱，東芝&WD聯(lián)盟在其產(chǎn)品中使用了三星的“柵極替換”工藝和鎢金屬柵極。東芝似乎有意將其隱藏了。

在查詢東芝相關(guān)存儲技術(shù)資料時，可知“ BiCS”技術(shù)和“打孔即插即用”技術(shù)得到了推進(jìn)，而“門更換”過程并未受到影響。與之前不同的是，據(jù)說存儲單元結(jié)構(gòu)圖使用BiCS技術(shù)的多晶硅柵極（即先柵極工藝）。

然而，在2018年12月東芝存儲器發(fā)布的相關(guān)資料中，該門被描述為“金屬”，而被遮蓋為“控制門（CG）”從描述到現(xiàn)在，它已經(jīng)邁出了一步。但是，結(jié)構(gòu)圖本身仍然與常規(guī)BiCS相同。東芝已經(jīng)在學(xué)術(shù)會議上宣布了一種使用硅化物技術(shù)來降低字線電阻的技術(shù)，因此這種“金屬”可能指的是硅化物技術(shù)。

另一方面，WD宣布3D NAND單元的結(jié)構(gòu)圖在2016年之前與東芝相似，但自2017年以來已更改，以反映“門更換”過程。

根據(jù)獲取和分析半導(dǎo)體芯片的服務(wù)公司TechInsights的說法，三星，SK hynix，東芝（WD）&WD聯(lián)盟在3D NAND閃存產(chǎn)品中采用了與TCAT類似的存儲單元技術(shù)。目前尚無法確定SK hynix是否已正式宣布這一點。