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将创新的FANFET技术应用于3D-NAND Flash

文章：摩根陈志王

本文介绍了应用于3D-NAND闪存闪存的创新风扇类型场效应晶体管（FANFET）技术以及扩展到数字逻辑电路的简单概念......

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本文将描述应用于3D-NAND闪存闪存的创新风扇类型场效应晶体管（FANFET）的技术，基准和亮点，以及扩展到数字逻辑电路的简单概念。

晶体管进化的路线图

图1是显示主流晶体管和产品应用的当前演变的技术路线图。从CMOS技术的角度来看，除了普通逻辑和电力设备产品外，还有还没有闪光技术。对于25nm以下的DRAM，NAND和逻辑产品，它们的晶体管分别演变为周围的栅极晶体管（SGT），栅极 - 全周（GaA，GaAfet）和鳍式场效应晶体管（FinFET）。

例如，NAND闪存在1xnm以下（严格讲话，3D-NAND FLASH）由串联的垂直电流GAA存储器组成;FinFET的逻辑电路逐渐从CMOS逐渐发展到二维增强结构，平行于多鳍（多鳍）或纳米片（例如MBCFET）以增加电流的尺寸。上述技术需要深紫外（DUV）甚至极端紫外（EUV）光刻设备以完成相应的纳米图案。

然而，创新的FANFET是一种类似于风扇形状的有源装置。它具有垂直电流和相应的终端区域，符合制作三维堆叠和高密度存储器的标准。因此，它适用于晶体管和存储器的应用。

图1：晶体管节点技术的路线图

新的3D-NAND Flash创建了新的晶体管

Gaa Cell目前是世界主要记忆制造商的主流和唯一的三维闪存技术（3D-NAND Flash）。通过根据薄膜材料的组合，通过一类四边形交错布置，分为Gaa CT细胞或GaA FG细胞。GaA细胞产品的特征大约约为4F²或者更多。GaA的结构也适用于多层三维堆叠，这是为什么三维闪存密度需要迅速增加的原因。

记忆节点技术和密度的提升取决于两个关键技术:新兴材料和创新结构。由新兴材料发展而来的存储器，如FRAM、MRAM、PRAM和RRAM，已经被少数制造商生产和使用。

对于创新结构，除了提高内存密度外，简化方法和高兼容性过程还符合内存的未来应用和普及。从最近的包装电池的概念来看，六拉技术考虑了电路的布局和连接，并要求三维设备模型的合理化和三维过程集成。当三维NAND闪存完成时，全新的晶体管也称为晶体管FANFET，这是一种与FinFET和GAA完全不同的创新晶体管。图2显示了FANFET的结构，坐标和终端。

图2：FANFET的结构，坐标和终端

晶体管和内存：FANFET

具有与大多数晶体管相同的基本结构的FANFET可以用作晶体管和存储器。大多数和粉丝之间的主要区别在于终端的位置，漂移扩散电流的3D部分微分方程，电流方向和3D模块化制造过程。FANFET的结构可以通过ARF / DUV光刻设备和多层薄膜叠层技术轻松完成，具有垂直电流。FANFET存储器单元具有六角形关闭包装（HCP），特征大约约为2F²也就是说，FANFET存储器单元的单位面积密度是GAA存储器单元的两倍。

3D-NAND闪存调制制造工艺

3D-NAND Flash模块化工艺集成的关键是存储单元的形成和相对排列。图3是GAA和FanFET在3D-NAND闪存上的原理图结构基准。首先，前端在线工艺(FEOL)从多晶硅和氮化硅的薄膜堆开始，接着是存储单元制造工艺、中间在线工艺(MEOL)和后端在线工艺(BEOL)。

图3：3D NAND闪存单元的基准

在Feol方法的膜堆叠中，厚度的组合，沉积的膜的均匀性以及堆叠层的数量需要考虑。在以下小区过程中需要考虑的问题是：电池形成，沟道区域和晶体管操作的物理机制的集成方法和步骤，以及纵横比的蚀刻问题。最后一个是位线（BL），MEOL工艺的字线（WL），以及BEOL工艺的金属间连接，这可能导致一些关键问题，例如掺杂多晶硅或BL金属线的导电性能和WL，较高的纵横比，光刻对准的CD偏差，以及金属或粒子的污染是关键问题。

记忆单元模块的关键进程与差异

Split GAA来源于GAA (Split GAA是作者的暂定名称)。图4显示了三种Split GAA和FanFET工艺模块化之间的比较。从鸟瞰的角度观察这四种记忆细胞的主要差异(GAA过程在这里省略)，前三家公司使用的拆分GAA细胞制造模型都是基于GAA过程的。将GAA细胞转化为椭圆形后，进行技术上的分裂，形成分裂型GAA细胞。

图4:细胞形成主要特征的基准

一般标准制造工艺是薄膜的堆叠，定义有源区（AA），形成电池阵列，分离层的完成，接线的连接，然后堆叠。

以六到技术的粉丝流程流程为例。步骤是细胞内，凹陷的小区过程集成以及细胞间隔离的分离。这是最后最后的过程技术。

Split GAA与FanFET记忆细胞评价

上述四家公司在垂直电流、多层堆叠工艺技术、单线、位线、字线的连接方式等方面有相似之处。六元记忆当前操作区域的结构与前三个区域的结构看似相似，但却有明显的不同。

为了执行存储器单元模块的过程，前三个小区必须固定为一定值以满足后续过程。电池的直径是分流GaA电池孔的短轴之一，其影响最终密度;然而，FANFET存储器单元模块在处理集成中没有这样的问题，因为粉丝存储单元的单元格形状和特征尺寸可以根据开发人员的需要自由调整，并且可以有效地改变密度。上述三家公司的特征大小约为3.5f²〜6f.²因为单细胞本身是一个闭环结构，细胞间和细胞内的隔离层都必须符合设计规则。

此外,序列和差异的各种流程,如第一和登机口的最后过程技术,隔离层和细胞的系列,以及流程上的电影残渣和CD的偏见可能带来不同程度的边际效应。

分裂Gaa的局限性

分流Gaa可能具有严重的问题，即，它是单元电池中的闭环结构，并且该结构可以限制单元电池的大小。当单元电池收缩时，它将面临填充介电层膜和B1的问题。同时，分流Gaa单元将增加特征尺寸，导致每单位面积较小的存储器密度。相反，粉丝可以自由地调节细胞和隔离层之间的形状和比率。关键因素是FANFET是一个开放的凹陷单元，无论曝光和光刻和介电膜填充过程的开发如何。它可以在ARF和DUV光刻设备的现有12英寸Fab中完成，并且该过程的节点技术可以从90nm到小于10nm。

FANFET技术亮点和优势

Hexas Technology的FanFET有10个技术亮点。从技术角度来看，第一组是创新的高密度晶体管电池，包括，

是一个全新的扇形型场效应晶体管（FANFET）结构。
适用于晶体管和存储器。
使多层堆叠3D结构和技术。
增加单位面积内存密度
拥有多样化的技术:除了独立的内存技术，还可以扩展到嵌入式系统和内存计算。

第二组是可扩展的Moore的定律，指示FANFET在节点技术中可以从90nm到小于10nm。从商业角度来看，亮点包括，

获得双赢的商业模式和战略盈利能力。
硅兼容制程:制程技术与目前的12寸晶圆厂兼容。
降低开发成本，提高产能利用率。
分享专利权：共享专利池并建立相关的技术规范。
建立完整的制造供应链。

增加未来的商机

Hexas Technology创新的FanFET 3D-NAND闪存，兼容标准MOST结构，是最高效的开发技术，具有简单、精确的单元，最小的功能尺寸2F²以及3D过程中每个体积的最高密度。在移动通信和人工智能的时代，六世技术希望通过双赢的商业模式共同发展，以获得更多技术水平和商业机会，并进一步整合新材料技术，以便开放纳米在新的蓝色海洋中的记忆应用程序。

FANFET的数字逻辑应用

通过n型FanFET和p型FanFET的连接，它们可以变成逆变器的原型。图5是FanFET逆变器数字逻辑基本单元的原理图。FanFET可以通过仿真和布局完成相应的数字逻辑功能，在特征尺寸、电气特性、3D工艺技术等方面具有更多研发的动能和想象空间。和CMOS一样，FanFET是一种可以制造存储和逻辑电路的晶体管。在半导体行业，FanFET是纳米创新结构的后起之秀，具有半导体技术的发展潜力。