La nueva tecnología de fabricación permite transistores NAND 3D verticales y SSD de mayor capacidad

Applied Materials ha quitado las envolturas de un nuevo sistema de grabado destinado a convertir transistores tridimensionales apilados verticalmente de experimentos de laboratorio en una realidad comercial. El nuevo Centura Avatar resuelve múltiples problemas que enfrentan los fabricantes que están interesados ​​en 3D NAND pero encuentran que su equipo actual no está a la altura de la tarea de construirlo. Si bien hoy estamos hablando específicamente de 3D NAND, varios de los desafíos para escalar la memoria flash también se aplican al escalado de la lógica de la CPU.

Algunos de ustedes recordarán nuestro futuro de las historias de escalado de CPU de principios de este año, donde exploramos las tendencias de CPU multinúcleo, así como materiales y técnicas de fabricación de vanguardia. Se espera que el apilamiento de chips 3D sea un componente crítico de la fabricación de NAND en la próxima década. Es importante comprender que hay dos tipos de 'fabricación 3D'. Un método se refiere a pilas de silicio plano 2D convencional; el otro, que es de lo que estamos hablando hoy, se refiere a la construcción de una estructura NAND 3D.

Primero, un poco de contexto.



Mercado flash general

La fabricación de NAND es un gran negocio. Sin embargo, la clave para comprender por qué Applied Materials está impulsando 3D NAND no es el gran gráfico de la demanda de flash, es el pequeño gráfico etiquetado como 'Increíble reducción de costo / bit'. Acerquémonos.

Reducción de costo

Pasar de 100 nm a 60 nm redujo los costos en casi un orden de magnitud. Los fabricantes se acercaron a eso en los siguientes dos saltos, de 60 nm a 40 nm. 40 nm a 20 nm, por el contrario, apenas mueve la barra. Después de 20 nm, la línea simplemente se desvanece en una proyección débil de '¡Oye, sacaremos algo de ella en algún momento!' Ese es el problema al que se enfrenta el silicio plano, y es un tema que hemos discutido antes.

¿Qué hace si no puede descubrir cómo escalar la fabricación plana de manera efectiva por debajo de 20 nm? Se replantea el proceso de fabricación. Específicamente, toma NAND 2D convencional:

NAND 2D tradicional

Dóblalo una vez (nos hemos tomado la libertad de llamar a este paso intermedio NANDwich).

NANDwich

Y párate en el borde.

3D NAND

Por qué 3D NAND es difícil

Según la gente de Applied Materials, intentar construir estructuras 3D NAND en la vida real sería como intentar cavar una trinchera de un kilómetro de profundidad y tres kilómetros de largo con paredes separadas exactamente por tres metros, a través de estratos de rocas intercaladas, y eso es antes de hablar sobre las trincheras de las puertas o las escaleras. Los sistemas de grabado convencionales manejan relaciones de aspecto de 3: 1 - 4: 1, el grabado 3D requiere una relación de aspecto de 20: 1 o más, y eso no es fácil de lograr.

Grabado de Avatar

Avatar está diseñado para lograr paredes laterales verticales suaves sin doblarse ni deformarse, para realizar una transición suave entre capas de pila alternativas y para detener en el punto correcto al grabar contactos en la 'escalera' NAND. Este último punto es fundamental: si la máquina no se detiene precisamente en el punto correcto, perforará la siguiente capa o sustrato subyacente, arruinando las células.

Proceso de fabricación flash 3D NAND

El sistema Avatar está diseñado para grabar simultáneamente tanto la máscara como el dieléctrico, con el fin de evitar que los costos de equipo adicionales aumenten y el rendimiento general sea alto. Fundamentalmente, también se puede utilizar para extender la vida útil de las geometrías de proceso más antiguas al permitir que los fabricantes creen 3D NAND en procesos de 40-50 nm. Si bien tales estructuras aún serían más grandes que los chips equivalentes construidos con tecnología de 30-20 nm, la tremenda ganancia de eficiencia de la verticalidad compensará con creces la diferencia.

En cuanto a cuándo estarán disponibles los chips 3D para la compra comercial, Applied Materials fue vago en ese punto. Sinceramente, no esperamos verlos en un futuro próximo. El nuevo equipo Avatar es caro y no se puede cambiar en un abrir y cerrar de ojos. Lo importante es que proporciona una forma de reducir el costo / GB y aumentar la densidad del troquel sin depender únicamente de los nuevos nodos de proceso o de introducir más bits en cada celda NAND. Es un paso adelante significativo cuando la industria de los semiconductores no está precisamente arruinada por las opciones de escalado, y esperamos que las empresas adopten el nuevo equipo de grabado en los próximos años.

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