3D NAND 공정

오늘날의 디지털 시대에 데이터 스토리지에 대한 수요가 증가하고 있으며 스토리지 장치에 대한 성능 요구 사항도 증가하고 있습니다. 첨단 비휘발성 저장 기술인 3D NAND는 고밀도, 대용량 및 긴 수명으로 인해 모바일 장치, 개인용 컴퓨터, 심지어 데이터 센터에서도 널리 사용되었습니다. 이 기사에서는 3D NAND의 제조 공정을 간략하게 소개합니다.

 

1. 특정 결정 방향을 가진 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용합니다.

3D NAND의 제조는 < 100 > 또는 < 110 >와 같은 특정 결정 방향을 가진 고품질 단결정 실리콘 웨이퍼를 선택하는 것으로 시작됩니다. 올바른 웨이퍼 방향을 선택하는 것은 트랜지스터의 성능과 신뢰성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 후속 공정 단계에서 매우 중요합니다.

2. CVD를 사용한 다층 필름의 대체 증착

다음으로, 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 원하는 층 수에 도달할 때까지 실리콘 기판에 여러 층을 교대로 증착합니다. 가장 일반적인 두 가지 재료 조합은 산화물-질화물과 산화물-폴리실리콘이며, 삼성전자는 3D NAND 제품의 재료 시스템으로 질화규소와 실리카를 선택했습니다. 이 공정의 과제는 적층 횟수가 많은 필름이 정확한 두께와 우수한 균일성을 갖도록 하는 것이며, 이는 장치 성능의 일관성과 신뢰성을 유지하는 데 매우 중요합니다.

3. 퇴적 채널의 에칭을 위한 하드 마스크

후속 미세 패터닝을 달성하기 위해서는 일반적으로 높은 에칭 저항을 가진 비정질 탄소 필름인 다층 필름 위에 하드 마스크를 증착해야 합니다. 이 마스크 레이어는 에칭할 필요가 없는 부품을 보호하고 후속 트렌치 에칭 프로세스를 안내합니다. 에칭 공정에 사용되는 가스는 주로 산소(O2)이며 에칭 효과를 최적화하기 위해 질소(N2)와 수소(H2)가 보충됩니다.

4. 에칭으로 하드 마스크를 엽니다.

하드 마스크에 포토리소그래피를 사용하여 에칭할 영역을 정의한 후, 드라이 에칭에 의해 지정된 위치의 하드 마스크를 제거하고 그 아래에 다층 필름을 노출시킵니다. 이 단계는 장치의 크기와 모양을 정확하게 제어하는 데 중요합니다.

5. 트렌치 스루 홀 에칭

다음으로, SF6 또는 CF4와 같은 불소 함유 가스를 사용하여 채널 비아를 에칭하는데, 이 공정은 각 관통 구멍이 바닥의 실리콘 기판까지 모든 층을 정확하게 관통하도록 하기 위해 매우 높은 정밀도가 필요합니다.

6. 스텝 에칭

그 후, 원하는 구조를 형성하기 위해 각각 실리콘 산화물(예: CF4/CHF3) 및 질화물(예: CH2F2)에 대해 서로 다른 가스 조합으로 처리되는 스텝 에칭이 수행됩니다.

7. 슬릿 에칭

슬릿 에칭은 나중에 캐릭터 라인의 형성을 준비하기 위해 구조를 더욱 정교하게 다듬는 데 사용됩니다. 또한 이 프로세스에는 높은 수준의 정밀도와 제어가 필요합니다.

8. 캐릭터 라인을 형성하기 위해 SiNx를 에칭합니다.

슬릿 에칭 후 특정 공정을 사용하여 질화규소(SiNx)를 에칭하여 개별 메모리 셀을 연결하는 데 중요한 부분인 캐릭터 라인을 형성합니다.

9. 워드 라인 채우기 및 채널 스루 홀 채우기

라인이 형성된 후 질화티타늄(TiN) 및 텅스텐(W)과 같은 전도성 물질로 순차적으로 채워져 우수한 전기적 연결을 달성합니다. 동시에 각 메모리 셀이 외부 회로에 효과적으로 연결될 수 있도록 채널 바이어스를 채워야 합니다.

10. 채널 관통 구멍 채우기

게이트 산화물, 플로팅 게이트, 터널링 산화물, 활성 폴리실리콘 및 중앙 SiO를 포함한 다양한 재료로 채워져 있습니다.

11. 접점 홀 에칭

접촉 구멍의 에칭은 상단 금속층에서 저장 셀로의 연결을 설정하기 위해 수행됩니다. 접점 홀의 에칭에는 높은 정밀도와 제어가 필요합니다.

12. 접촉 구멍 채우기

마지막으로, 접촉 구멍은 알루미늄 또는 구리와 같은 전도성 재료로 채워져 낮은 저항과 안정적인 전기적 특성을 보장합니다.

3D NAND의 제조는 몇 가지 중요한 단계와 기술을 포함하는 복잡하고 정교한 프로세스입니다. 기술의 지속적인 발전으로 3D NAND는 앞으로 더 높은 저장 밀도, 더 빠른 데이터 읽기 및 쓰기 속도, 더 낮은 에너지 소비를 달성하고 정보 저장 기술의 발전을 계속 촉진할 것으로 예상됩니다.