1000層超高密度3D NAND，迎來重要里程碑

這項成果克服了高堆疊3D閃存面臨的主要挑戰，例如單元電流衰減、晶圓翹曲和大塊尺寸。

眾所周知，NAND閃存是一種非易失性存儲，這意味著即使斷電也能保留數據，適用于U盤、數碼相機、手機和計算機等諸多領域。

NAND單元架構于1987年提出，單元（cell）在接觸插頭（contact plugs）之間串聯，以顯著減少面積。1988年，NAND將Fowler-Nordheim (FN) 隧道技術用于編程和擦除。與熱載波編程相比，這實現了低功耗運行，為大規模并行操作鋪平了道路。此后，NAND閃存技術在2D NAND的基礎上成功擴展，直至2015年左右。3D NAND技術于2007年問世，至今已成為主流技術。

據悉，鎧俠（Kioxia）和閃迪（Sandisk）已成功演示了全球首個（據兩家公司稱）采用直接晶圓間銅鍵合技術的多層單元陣列CMOS（MSA-CBA）結構中的四層單元（QLC）運行。兩家公司認為，這一成果是實現超過1000層的超高密度3D閃存的重要技術里程碑，并將于2026年6月在美國夏威夷舉行的“2026年超大規模集成電路研討會”（VLSI Symposium 2026）上聯合發布。

克服高堆疊 3D 閃存的“重大挑戰”

2026 年 VLSI 研討會將于 2026 年 6 月 14 日至 18 日舉行。鎧俠和閃迪將在研討會上聯合發表他們的研究成果，題為“用于 1000 字線以上超高密度 3D 閃存的晶圓對晶圓銅直接鍵合多層堆疊單元陣列架構”。

兩家公司解釋說，這項成果克服了高堆疊3D閃存面臨的主要挑戰，例如單元電流衰減、晶圓翹曲和大塊（BLK）尺寸。他們表示，“這些成果是實現具有1000層或更多堆疊結構的超高密度3D閃存的一個重要里程碑。”

先前發布的技術亮點包括 MSA-CBA 器件結構的概念圖，顯示了順序堆疊和鍵合；由兩個陣列晶圓組成的堆疊單元陣列的 FIB-SEM 圖像，每個晶圓有 218 線，證明了大規模堆疊的有效性；以及顯示單個第一和第二單元陣列和 MSA-CBA 的 Vth（閾值電壓）分布特性的插圖。

鎧俠和閃迪技術亮點。來源：VLSI研討會委員會

2026 年 VLSI 研討會還將邀請 SAIMEMORY、Intel 等公司就“用于高帶寬 3D 存儲器的多晶圓（9 層）、超薄（每堆疊 3μm-Si）和創新的熔合鍵合一體化架構”進行演講。

SAIMEMORY 等人的技術亮點。來源：VLSI 研討會委員會

目前，3D NAND芯片的主要生產商包括三星電子、西部數據、東芝旗下的鎧俠（Kioxa）、SK海力士等。面對諸多挑戰，業界各廠商不斷投入研發。

早在2024年泛林就宣布推出面向 3D NAND 閃存制造的第三代低溫介質蝕刻技術 Lam Cyro 3.0。在現有3D NAND 的生產中，需要用從器件頂部至底部的細長垂直孔道將各層存儲單元連接起來。

泛林集團全球產品部高級副總裁Sesha Varadarajan 表示：Lam Cryo 3.0 為（我們的）客戶實現 1000 層 3D NAND 鋪平了道路。泛林低溫蝕刻已被用于 500 萬片晶圓的生產，而我們的最新技術是 3D NAND 生產領域的一項突破。它能以埃米級精度創建高深寬比圖形特征，同時降低對環境的影響，蝕刻速度是傳統介電工藝的兩倍多。Lam Cryo 3.0 是我們的客戶克服人工智能時代關鍵 NAND 制造障礙所需的蝕刻技術。

而在孔道構建過程中，即使圖形特征與目標輪廓出現原子級的輕微誤差，也可能對存儲新品的電氣性能產生負面影響，并可能影響良率。而Lam Cryo 3.0 結合了高能密閉式等離子反應器、遠低于 0℃工作溫度以及新的化學蝕刻物質，可蝕刻出深寬比達 50:1、深度達 10μm 的通道，同時從頂部到底部的特征關鍵尺寸偏差不到 0.1%。此外相較傳統介電工藝，Lam Cryo 3.0 技術的蝕刻速度是前者的 2.5 倍，能耗降低了 40%，排放量更減少了 90%。

Counterpoint Research 聯合創始人兼研究副總裁Neil Shah 表示：“人工智能正在推動云端和邊緣對閃存容量和性能的需求呈指數級增長。這迫使芯片制造商在 2030 年底實現 1000 層 3D NAND 的競賽中擴大 NAND 閃存的規模。”“Lam Cryo 3.0 低溫蝕刻技術是超越傳統技術的重大飛躍。它以近乎完美的精度和控制蝕刻出比其寬度深 50 倍以上的內存通道，實現小于 0.1% 的輪廓偏差。這一突破顯著提高了先進的 3D NAND 產量和整體性能，使芯片制造商能夠在人工智能時代保持競爭力。”

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