存储芯片制造升级,薄膜沉积设备如何发力?

存储芯片作为半导体产业的重要组成部分,在数据存储和处理领域发挥着关键作用。随着数据量的爆炸式增长以及对存储性能要求的不断提高,存储芯片制造正面临着升级的迫切需求。在这一过程中,薄膜沉积设备成为了推动存储芯片制造升级的重要力量。2023 年全球半导体设备市场规模约 1063 亿美元,薄膜沉积设备市场规模约 211 亿美元,在存储芯片制造领域,薄膜沉积设备的技术创新和应用优化至关重要。

在 NAND Flash 存储芯片制造中,薄膜沉积设备承担着关键薄膜的制备任务。NAND Flash 的存储单元由电荷捕获层、隧道氧化层和控制栅极等结构组成,这些结构的性能直接影响着存储芯片的存储容量、读写速度和使用寿命。薄膜沉积设备通过精确控制薄膜的沉积过程,能够制备出高质量的电荷捕获层和隧道氧化层薄膜。例如,采用原子层沉积设备沉积的电荷捕获层薄膜,具有优异的电荷保持能力和耐久性,能够有效提高 NAND Flash 芯片的存储可靠性。

研究数据表明,使用先进薄膜沉积设备制备的 NAND Flash 芯片,其数据保存时间相比传统工艺提升了约 20%,同时读写速度也提高了约 15%。此外,在 3D NAND Flash 制造中,薄膜沉积设备需要在高深宽比的沟槽和孔道中实现均匀的薄膜沉积,这对设备的工艺能力提出了更高的要求。目前,一些新型薄膜沉积设备通过优化反应气体的输送方式和沉积工艺,能够实现高质量的薄膜沉积,满足 3D NAND Flash 制造的需求。

对于 DRAM 存储芯片,薄膜沉积设备同样不可或缺。DRAM 芯片的核心结构是电容,电容的性能决定了芯片的存储容量和数据保存时间。薄膜沉积设备用于在电容电极和绝缘层上沉积高质量的薄膜。在电容电极薄膜沉积方面,需要设备能够制备出具有低电阻率和高导电性的金属薄膜,以提高电容的充放电速度和存储容量。物理气相沉积设备通过溅射工艺,能够精确控制金属薄膜的成分和结构,制备出满足 DRAM 需求的高质量电极薄膜。在绝缘层薄膜沉积方面,原子层沉积设备凭借其高精密的薄膜沉积能力,能够制备出具有高介电常数和低漏电特性的绝缘薄膜,有效提升电容的存储性能。相关实验显示,采用先进薄膜沉积设备制造的 DRAM 芯片,其存储容量提升了约 25%,数据保存时间也得到了显著延长。

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