一、3D NAND 制造的核心工艺构成

    3D NAND 存储器阵列的性能主要由沉积和刻蚀这两大工艺所决定。在沉积工艺方面，涵盖了交替薄膜沉积、金属填充以及硬掩模沉积等操作；而刻蚀工艺则包含高深宽比刻蚀、阶梯刻蚀等类型。像通道孔、狭缝等结构的刻蚀，其深宽比甚至超过了 40:1，这对工艺的精度提出了极高的要求。

二、刻蚀工艺面临的挑战及解决方案

1. 高深宽比刻蚀难题

    所遇挑战：当深宽比大于 40:1 时，会出现顶部与底部的关键尺寸（CD）存在差异、刻蚀过程中晶圆发生弯曲、刻蚀不完全以及结构扭曲等问题。例如，在 90 层以上的 3D NAND 通道孔刻蚀中，就必须同时实现微米级的刻蚀深度控制和原子级的轮廓精度把控。

    应对方案：运用 Flex™ 刻蚀技术，该技术能够满足大于 40:1 的深宽比刻蚀需求，并且可以将刻蚀轮廓的控制精度达到埃级。

2. 晶圆全局均匀性难题

    所遇挑战：在光刻、硬掩模刻蚀以及通道孔刻蚀等环节，容易出现 CD 不均匀的情况。以通道孔刻蚀为例，每片晶圆上需要刻蚀超过 1 万亿个通道孔，稍有不慎就会导致 CD 出现偏差。

    应对方案：采用 Kiyo® 图案化刻蚀技术，此技术能够将 CD 变化控制在 0.5 纳米以下，极大地提升了刻蚀的均匀性。

3. 晶圆边缘良率控制难题

    所遇挑战：由于晶圆边缘的离子和中性粒子通量存在梯度，使得边缘 8 毫米范围内约 10%的芯片会出现 CD 偏差等问题，进而影响良率。

    应对方案：使用 Corvus™ 边缘良率控制技术，通过对刻蚀速率进行调节（如设置边缘快刻、平坦刻蚀、边缘慢刻等模式），实现对边缘区域刻蚀的优化。

三、沉积工艺面临的挑战及解决方案

1. ONON 堆叠沉积难题

    所遇挑战：堆叠层数超过 200 对时，需要保证薄膜沉积的均匀性和低应力，因为 N 层厚度的一致性直接关系到器件阈值电压的分布。

    应对方案：采用 VECTOR® Strata™ 技术，该技术可将 N 层厚度的变化控制在 0.5 纳米以内，有力地保障了堆叠结构的电气性能。

2. 硬掩模沉积难题

    所遇挑战：随着掩模和 ONON 堆叠厚度的增加，刻蚀速率会下降，这就要求硬掩模材料具备高选择性。

    应对方案：运用 VECTOR® AHM® 技术，新研发的高选择性硬掩模材料可使掩模厚度减少 75%，从而能够实现对更厚 ONON 堆叠的刻蚀。

3. 字线填充难题

    所遇挑战：在深度较大的 3D 结构中，要实现均匀且无空洞的填充难度极大，同时还需要及时排出反应副产物。

    应对方案：采用四站模块（QSM）设计，通过先在低温下成核，再在高温下进行体填充的方式，不仅提高了钨（W）沉积的均匀性，还降低了薄膜中的氟含量和电阻率。

四、工艺控制与优化方案

1. 在线监控技术：借助原位实时传感器，如光学光谱和质量变化监测等，实现对刻蚀终点的精准控制。

2. 大数据与算法应用：利用大数据分析来进行故障检测和漂移控制，通过虚拟计量和定制化的 APC 算法，实现对每片晶圆的工艺控制。

3. 工艺窗口扩展：通过光刻 - 刻蚀集成调优以及计算模型，进一步扩大工艺窗口，提高生产的稳定性和可靠性。

五、总结与展望

    3D NAND 制造对沉积和刻蚀工艺的依赖程度极高，随着堆叠层数的不断增加，原子级工艺控制和高深宽比结构制造成为了主要的技术难点。Lam Research 公司通过一系列创新技术，如 Flex™ 刻蚀、Corvus™ 边缘控制、VECTOR® 沉积等，在实现均匀刻蚀、低应力堆叠以及高效填充等方面取得了显著成效，为 3D NAND 向更高存储密度和更低成本的方向发展提供了有力的技术支撑。未来，随着技术的不断进步，3D NAND 有望在存储领域继续保持其领先地位。