長江存儲工藝研發(fā)團隊存儲芯片制造工藝改進方面的最新成果

近日，長江存儲工藝研發(fā)團隊在第五屆IEEE EDTM上發(fā)表存儲芯片制造工藝改進方面的最新成果，通過探明磷摻雜工藝缺陷的形成機理，提出并驗證了兩種表面處理解決方案，解決了工藝制造中存在的問題，提高了器件制造的可靠性，為提升產(chǎn)品品質(zhì)夯實了技術(shù)研發(fā)基礎。

研究背景

在3D NAND閃存中，氧化物-多晶硅-氧化物堆疊結(jié)構(gòu)是存儲單元陣列底層共同源，為獲得更好的電性能和更低界面粗糙度，LPCVD高濃度原位摻磷非晶硅是首選工藝。但當磷的摻雜濃度超過硅的固溶度極限，會導致大部分磷處于不穩(wěn)定狀態(tài)并形成表面沉積。另外，在氧化層生長工藝中，TEOS（正硅酸乙酯：Si（OC2H5）4）熱分解是最簡單和成本最低的方法，但在氧化層表面會有一些未完全反應的含氧基團。在薄膜沉積過程中，表面的磷和含氧基團會導致氧化物異常生長局部，從而形成球狀凸點缺陷（bump defects），影響后續(xù)工藝，甚至影響器件功能。

長江存儲-中科院微電子所產(chǎn)研聯(lián)合團隊為改善這類工藝缺陷，詳細研究了多晶硅上下界面缺陷的形成機理，并采用濕法清洗，使兩界面處的凸點缺陷數(shù)量明顯減少，大大提高了成品率。

相關(guān)成果以“Optimization of Bump Defect at High-concentration In-situ Phosphorus Doped Polysilicon/TEOS Oxide Interface for 3D NAND Flash Memory Application”發(fā)表于第五屆IEEE電子器件技術(shù)與制造會議（IEEE Electron Devices Technology and Manufacturing Conference），趙冬雪為第一作者，夏志良與霍宗亮為共同通訊作者。

研究內(nèi)容

團隊通過研究上下氧化層界面產(chǎn)生凸點缺陷的形成機理，發(fā)現(xiàn)這是磷與界面上含氧基團相互作用的結(jié)果。團隊采取了兩種濕法工藝去除磷和含氧基團：方法1適用于TEOS氧化層的表面處理，處理液由S1與S2組成，S1是一種富羥基溶液，可在不損傷氧化層的同時去除氧化基團；S2是一種堿性溶液，可確保硅晶圓表面的親水性以免在后續(xù)流程中形成水印缺陷；方法2適用于非晶硅的表面處理，處理化學劑由S3與S4組成，S3溶液用于去除硅表面P205雜質(zhì);S4是一種氧化性氣體，通過再次氧化形成一層致密薄膜防止形成磷沉積。

結(jié)果表明，這兩種方法都可以解決重摻磷多晶硅與正硅酸酯氧化物界面的缺陷，經(jīng)處理后缺陷數(shù)量明顯減少。

前景展望

團隊通過對于閃存芯片制造工藝缺陷的深入研究，探明了缺陷形成機理，提出了工藝解決方案，并在驗證中取得了良好的改進效果，解決了工藝制造中存在的問題，提高了器件制造的可靠性，將會成為長江存儲提升產(chǎn)品品質(zhì)的又一助推劑。長江存儲在存儲芯片的技術(shù)突破既是研發(fā)和工藝端數(shù)千人汗水的凝聚，也是產(chǎn)業(yè)鏈上下游通力協(xié)作的成果，祝愿集成電路學界和產(chǎn)業(yè)界的合作能夠?qū)崿F(xiàn)更多產(chǎn)品的落地，助力中國芯冉冉升起。

團隊介紹

霍宗亮，長江存儲聯(lián)席首席技術(shù)官，微電子所納米加工與新器件集成技術(shù)研究室研究員、博士生導師，現(xiàn)研究方向為新型半導體存儲技術(shù)方。2003年博士畢業(yè)于北京大學微電子學專業(yè)，后曾任職于三星半導體研發(fā)中心。

夏志良，長江存儲技術(shù)中心工藝整合研發(fā)處負責人，微電子所博士生導師、正高級工程師。2007年博士畢業(yè)于北京大學，后曾任三星半導體研究所首席工程師，研究方向為存儲器工藝與器件技術(shù)。

中國科學院微電子研究所，前身為原中國科學院109廠，成立于1958年，1986與中科院半導體體、計算技術(shù)所與大規(guī)模集成電路部分合并，2003年9月正式更名為中國科學院微電子研究所。微電子所是國內(nèi)微電子領(lǐng)域?qū)W科方向布局最完整的綜合研究與開發(fā)機構(gòu)，是國家科技重大專項集成電路裝備及工藝前瞻性研發(fā)牽頭組織單位，是中國科學院大學微電子學院的依托單位，是中國科學院集成電路創(chuàng)新研究院的籌建依托單位。

現(xiàn)擁有2個基礎研究類中國科學院重點實驗室、4個行業(yè)服務類研發(fā)中心、5個行業(yè)應用類研發(fā)中心、4個核心產(chǎn)品類研發(fā)中心。

長江存儲科技有限責任公司成立于2016年7月，是一家專注于3D NAND閃存設計制造一體化的IDM集成電路企業(yè)。在國家科技重大專項02專項的支持下，長江存儲與微電子所長期產(chǎn)研合作，自主研發(fā)了獨具創(chuàng)新的Xtacking技術(shù)，成功解決了存儲陣列與讀寫電路的分離加工和整合集成的技術(shù)難題，并在產(chǎn)品端獲得了豐碩的突破性成果：

● 2017年底，長存推出首款自主設計的32層3D NAND閃存芯片；

● 2019年9月，搭載Xtacking自主架構(gòu)的64層TLC 3D NAND閃存芯片正式量產(chǎn)；

● 2020年4月，128層TLC/QLC兩款產(chǎn)品研發(fā)成功，其中X2-6070型號作為業(yè)界首款128層QLC閃存，擁有業(yè)界最高的I/O速度，最高的存儲密度和最高的單顆容量。

責任編輯：haq