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比传统闪存快1000倍以上的读写速度和更高的数据密度3D XPoint存储器
来源:www.syzclw.com 作者:时与中材料网
时间:2023-06-18 22:54:52
 

3D XPoint 存储器:3DXPoint 存储器是一种新型的非易失性存储器,可以提供比传统闪存快1000倍以上的读写速度和更高的数据密度。3D XPoint存储器可以用于物联网、高性能计算和人工智能等领域。

3D XPoint是Intel和Micron于2015年联合推出的一种非易失性存储技术,被认为是下一代NAND闪存和DRAM的替代品。它是一种新型的存储器技术,具有以下特点:

 1. 高速度:3D XPoint 存储器读写速度非常快,比传统的NAND闪存快1000倍,比DRAM快10倍。

 2. 高密度:3D XPoint 存储器的存储密度非常高,可以达到传统NAND技术的10倍以上。

 3. 非易失性:3D XPoint 存储器是一种非易失性存储器,即使断电也能保持数据。

 4. 高耐久性:3D XPoint 存储器可以进行大量的写入和擦除操作,而不会影响其性能和寿命。

 5. 低能耗:3D XPoint 存储器的功耗非常低,比DRAM低10倍以上。

 3D XPoint 存储器可以应用于许多领域,包括:

 1. 数据中心:3D XPoint 存储器可以用于高速缓存,可以大大提高数据处理速度。

 2. 数据存储:3D XPoint 存储器可以用于高速存储,可以大大提高数据访问速度。

 3. 虚拟现实:3D XPoint 存储器的高速读写速度可以为虚拟现实提供更加流畅的图形处理。

 

4. 人工智能:3D XPoint 存储器可以作为高速缓存和存储器来提高人工智能应用程序的性能。

 总体来说,3D XPoint 存储器具有高速度、高密度、非易失性、高耐久性和低能耗等特点,可以被广泛地应用于计算机和数据存储系统中,可以提高系统性能和数据处理能力。

3D XPoint 存储器的制造过程非常复杂,目前只有Intel和Micron拥有相关的专利技术和生产线。以下是一般的3D XPoint制造流程:

 1. 薄膜制备:使用化学气相沉积技术将非晶硅和钨作为材料,以纳米级别的精度在晶圆上形成多层薄膜。

 2. 模板制造:使用电子束曝光技术将薄膜上的多个小区域进行标记和刻蚀,形成一个个细小的“凹槽模板”,并通过高温处理增强模板的机械性能。

 3. 储存层制备:将一种自发极化材料铝基锆酸盐(Aluminum zirconium oxide,即Al2O3/ZrO2)蒸镀在模板上,形成一个个“储存层”。

 4. 交叉点制造:将铝基锆酸盐和非晶硅薄膜利用PR和PVD等技术在特定位置交叉叠加,形成一个个可编程的“交叉点”,并通过高温处理定向极化这些交叉点。

 5. 电路制造:将刻蚀、蚀刻、电镀等工艺制造出晶体管等电路,并将电路连接到交叉点处,形成一个个存储单元。

 6. 封装和测试:将制造好的芯片进行封装和测试,再进行其它的最终加工和测试流程,如焊接、贴片、切割等。

 以上是一般的3D XPoint制造过程,实际生产过程中可能还会使用其他的制造工艺和材料。由于技术门槛比较高和制造成本较高,目前3D XPoint 存储器的制造主要由Intel和Micron这两家企业进行,并且只在高端数据中心和企业级存储领域应用。

3D XPoint 存储器薄膜制备是制造3D XPoint 存储器的第一步,下面将详细介绍该过程:

 1. 制备非晶硅(AmorphousSilicon,a-Si)材料:非晶硅是3D XPoint 存储器的一种重要材料,制备非晶硅材料需要利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)技术。液化的硅烷(SiH4)和氩气(Ar)被引导进反应炉中,通过加热并用氢气(H2)还原,形成非晶硅材料。

 2. 制备钨(Tungsten)材料:钨是3D XPoint 存储器的另一种重要材料,用于制作导电线路和电极等。制备钨材料需要通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术,在晶圆表面形成一层钨薄膜。

 3. 制备多层薄膜:通过交替使用非晶硅和钨材料,利用CVD和PVD技术在晶圆表面形成一层层厚度均匀的多层非晶硅/钨薄膜。

 4. 磨光和平整化:将制备好的多层非晶硅/钨薄膜在特定的温度和时间条件下进行化学机械抛光(Chemical MechanicalPlanarization,CMP),使得薄膜表面变得平整、光滑,便于后续的制造过程。

 值得注意的是,3D XPoint 存储器的制造非常复杂,需要使用一系列高端制造技术和设备,如电子束曝光、纳米加工、IGZO薄膜制备等,制造成本也非常高。目前,只有Intel和Micron等少数企业掌握了3D XPoint存储器的生产技术和专利,其生产规模和应用领域也以高端数据中心和企业级存储为主。

3D XPoint 存储器模板制造是制造3D XPoint 存储器的第二步,下面将详细介绍该过程:

 1. 制备光刻胶:在模板制造过程中,需要使用光刻胶将芯片表面进行覆盖,并通过曝光、显影等过程形成一定的图案。制备光刻胶需要将特定材料分散在有机溶剂中,并加入光敏剂,经过搅拌、过滤等处理后得到光刻胶。

 2. 制备硅基硝酸盐模板:制备模板需要使用电子束曝光技术,将光刻胶覆盖在硅基硝酸盐薄膜上,并通过电子束曝光、显影、蚀刻等工艺形成一定的图案。制备出来的硅基硝酸盐模板表面有一定的粗糙度,需要通过高温处理来增强其机械性能。

 3. 制备电子束曝光模板:制备好硅基硝酸盐模板后,需要利用电子束曝光技术将模板上的图案进行放大,形成精细的模板图案,并通过刻蚀等工艺将模板表面的槽口形成。通过这种方法,就可以制备出用于生产3D XPoint存储器的电子束曝光模板。

 需要注意的是,3D XPoint 存储器的制造过程非常复杂,需要使用一系列高端制造技术和设备,如化学气相沉积、电子束曝光、纳米加工等。在3D XPoint 存储器的制造过程中,硅基硝酸盐模板的制备是关键步骤之一,其精度和质量直接影响最终产品的性能和稳定性。因此,目前只有Intel和Micron等少数企业掌握了3DXPoint存储器的生产技术和专利,其生产规模和应用领域也以高端数据中心和企业级存储为主。

D XPoint 存储器储存层制备是制造3D XPoint 存储器的第三步,下面将详细介绍该过程:

 1. 制备硅芯片晶圆:制备3DXPoint 存储器需要使用硅芯片晶圆作为基础材料,因此首先需要通过化学气相沉积等技术制备硅芯片晶圆。硅芯片晶圆的表面需要进行多次的清洗和抛光,确保表面光滑、均匀。

 2. 制备改性硅酸盐材料:3DXPoint 存储器储存层的主要材料是改性硅酸盐,可以通过CVD等技术在硅芯片晶圆表面形成一层厚度均匀、精细化的改性硅酸盐材料。

 3. 制备钨材料:钨是制造3DXPoint 存储器的另一种重要材料,用于制作导电线路和电极等。制备钨材料需要使用物理气相沉积技术,在硅芯片晶圆表面形成一层钨薄膜。

 4. 制备多层储存层:通过交替使用改性硅酸盐和钨材料,利用CVD和PVD技术在硅芯片晶圆表面形成一层层厚度均匀的多层储存层结构。每层储存层结构都是由两个改性硅酸盐层和一个钨层堆叠而成。

 5. 完成3D XPoint存储器结构:储存层制备完成后,需要将储存层覆盖上层的导电线路和下层的选择器等组件,形成完整的3D XPoint存储器结构。

 需要注意的是,3D XPoint 存储器的制造过程非常复杂,需要使用一系列高端制造技术和设备,如电子束曝光、纳米加工、IGZO薄膜制备等。同时,为了保证3D XPoint 存储器的性能和可靠性,制造过程中需要进行多次质量检测和性能测试。因此,目前只有Intel和Micron等少数企业掌握了3DXPoint存储器的生产技术和专利,其生产规模和应用领域也以高端数据中心和企业级存储为主。

3D XPoint存储器的交叉点制造是该技术的核心步骤。下面是关于3D XPoint存储器交叉点制造的详细说明:

 1. 基片准备:首先,需要准备基片,通常使用硅基片。基片经过清洁和平整处理,以确保后续制造步骤的精确性和一致性。

 2. 金属线制造:在基片上制造金属线作为交叉点的底部导电层。这可以通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等技术来实现。金属线材料通常是钨或铜,其选择取决于具体的制造过程和优化目标。

 3. 隔离层沉积:在金属线之上,沉积一层隔离层。隔离层的材料通常是由硒和锑组成的化合物。这一层的存在将确保交叉点的隔离和电阻性能。

 4. 交叉点层沉积:在隔离层之上,继续沉积交叉点层。交叉点层是由硒和锑的化合物构成的,它具有特殊的相变材料特性,能够在不同电阻状态之间切换以存储数据。交叉点层的沉积可以通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等技术来实现。

 5. 图案制作:完成交叉点层的沉积后,需要对交叉点层进行图案制作。这一步使用光刻技术,通过使用光刻胶和光刻掩膜,将所需的图案转移到交叉点层上。然后,通过化学腐蚀、离子刻蚀等技术,将多余的交叉点层材料去除。

 6. 后续加工:完成交叉点的制造后,可能需要进行一些后续加工步骤,例如添加电极、封装等。这些步骤有助于确保交叉点的稳定性和整个存储器器件的完整性。

 交叉点制造是3D XPoint存储器制造过程中的核心步骤,它将决定存储器的性能和可靠性。这个过程需要高精度的设备和专业知识,以确保交叉点的精确性、一致性和可重复性。制造商通过不断改进和优化交叉点制造工艺,追求更高的存储密度、更好的数据保持特性和更快的读写速度。

3D XPoint存储器的电路制造是其生产过程的重要组成部分。下面是关于3D XPoint存储器电路制造的详细说明:

 1. 基片准备:首先,需要准备基片,通常使用硅基片。基片经过清洁和平整处理,以确保后续制造步骤的精确性和一致性。

 2. 导电层制造:在基片上制造金属导电层,通常使用铜或铝等金属材料。导电层的制造可以通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等技术来实现。导电层将用于连接芯片的不同部分,并提供数据和控制信号的传输路径。

 3. 芯片结构制造:在导电层之上,制造芯片的结构。这包括形成晶体和交叉点的层次结构。晶体是由硅、硒和锑等材料组成的,而交叉点是由相变材料构成的。

 4. 电路图案制作:通过光刻技术,在交叉点层和导电层上制作电路的图案。这一步骤使用光刻胶和光刻掩膜将所需的电路图案转移到芯片的不同层上。然后,通过化学腐蚀、离子刻蚀等技术,将多余的材料去除。

 5. 电路连接:完成电路的制造后,需要进行电路之间的连接。通常使用薄膜或晶体管,将不同电路层之间的引脚进行连接。这可以通过微焊或其他精准的连接技术来实现。

 6. 后续加工:完成电路的制造和连接后,可能需要进行一些后续加工步骤,例如添加封装材料、进行测试等。这些步骤有助于保护电路并确保其良好的性能和可靠性。

 电路制造是3D XPoint存储器生产过程中至关重要的一步。这个过程需要高精度的设备和精细的工艺控制,以确保电路的精确性、一致性和可靠性。制造商通过不断改进和优化电路制造工艺,追求更高的集成度、更好的信号传输和更高的性能。同时,质量控制和测试也是电路制造过程中不可或缺的步骤,以确保最终产品符合规格和质量标准。

3D XPoint存储器的封装和测试是其生产过程的关键步骤。下面是关于3D XPoint存储器封装和测试的详细说明:

 1. 封装工艺准备:在封装之前,需要准备封装工艺所需的设备和材料。这包括封装基板、封装胶、金线等。封装基板通常由陶瓷或有机材料制成,可以提供电气和机械支撑。封装胶用于固定和密封芯片,以保护其免受外部环境的影响。金线用于连接芯片的引脚与封装基板。

 2. 芯片封装:将制造好的3DXPoint存储器芯片放置在封装基板上。这一步通常使用自动化设备来完成。芯片被精确地定位和固定在封装基板上,以确保引脚与封装基板的正确对位。

 3. 连线:完成芯片放置后,使用微线压接或焊接技术,将芯片的引脚与封装基板上的金属引线相连接。这些金线提供了芯片与封装基板之间的电气连接。

 4. 封装胶注入:在芯片和连接线的表面注入封装胶,用于保护芯片和连接线不受外界环境的影响。这一步需要精确的控制胶体积和注入压力,以确保整个芯片和连接线的完全覆盖和密封。

 5. 固化:完成封装胶注入后,通过加热或紫外线照射等方式,固化封装胶,使其成为坚固、稳定的保护膜。

 6. 测试:封装完成后,进行各种测试来验证芯片的功能和性能。这些测试包括电气测试、速度测试、容错测试等。通过测试,可以检测和确定任何缺陷或问题,并排除不合格的产品。

 封装和测试是3D XPoint存储器生产过程中的关键步骤。封装过程需要高精度的设备和精细的工艺控制,以确保芯片的安全和稳定。测试过程对芯片的功能和性能进行全面而准确的评估,以确保产品质量和性能达到规格要求。制造商通过不断改进和优化封装和测试工艺,追求更高的生产效率和产品可靠性。