固態硬碟和六氯化鎢的故事

喜歡DIY電腦產品的親，今年的雙11您有為買電腦記憶體和固態硬碟剁手嗎？小編一直想買一塊固態硬碟，可是看著今年的價格又想著去年的價格 ，240G的縮水成120G的悲劇，這刀終究是沒揮下去。不過，今天中鎢線上要給還沒買固態硬碟的朋友帶來一點好消息，那就是2018年固態硬碟有望提質降價。

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降價的理由是這樣的。據說，2017年壟斷記憶體顆粒市場的幾大流氓廠家，三星，鎂光、海力士和東芝因為對2D NAND快閃記憶體顆粒進行升級，調整生產線從而降低了產能，由此引發漲價潮。不過隨著新的生產線都已於近日陸續完成，2D NAND生產線將升級為3D NAND，最大容量也將提升至2T以上，當3D NAND成為市場主力後，對特種氣體市場將有很大的需求，這包括六氯化鎢（WCI ₆）和二氧化硫（SO₂）等新氣體的應用。

“六氯化鎢”，就是今天中鎢線上要說的重點。六氯化鎢也稱氯化鎢，是面向新材料領域的重要原材料，是基於鎢的碳烯的原料。與我們所認識的六氟化鎢類似，它也將在半導體生產中，作為金屬鎢化學氣相沉積(CVD)工藝的原材料。

快閃記憶體顆粒是什麼？快閃記憶體顆粒是一種非易失性記憶體，即在斷電的情況下依舊可以保存已經寫入的資料，而且是以固定的區塊為單位，而不是以單個的位元組為單位生活中，我們的手機記憶體，電腦記憶體，固態硬碟，甚至是U盤都是快閃記憶體。

NAND快閃記憶體是記憶體顆粒的一種，日立公司於1989年研製並推向市場，由於NAND快閃記憶體顆粒有著功耗更低、價格更低和性能更佳等諸多優點，主要被用來製造固態硬碟。目前快閃記憶體顆粒的製造商主要是三星、東芝、英特爾/鎂光、西數/閃迪和SK海力士這幾家，它們佔據著市場90%的份額，由於最近價格的高漲，中國臺灣的企業南亞易勝也將恢復記憶體生產線，而且紫光科技等中國企業也正在積極進行產業佈局，未來，記憶體市場的供應量將可能出現供大於求的局面。

說完市場，我們繼續瞭解鎢在3D NAND中的應用。據說，固態硬碟的瘋漲源于三星和東芝對2D NAND快閃記憶體的升級。多年以來，2D NAND 一直都是半導體工業光刻技術的發展推動力，但隨著晶圓物理極限的不斷迫近，固態硬碟上單體的存儲單元內部的能夠裝載的快閃記憶體顆粒已經接近極限，每個單元也變得非常小，單碟容量接近極限。

於是業界提出了3D NAND概念，就是在原有2D長和寬的空間上再增加一個高，即記憶體顆粒不僅橫向排列，也向上排列，形成長、寬、高的3D立體架構。使用快閃記憶體顆粒在同樣體積大小的情況下，極大的提升了快閃記憶體顆粒單碟的容量體積，進一步提升了存儲顆粒總體容量。

3D NAND的高可以32層、64層、72層甚至是96層，堆疊多少層可以隨意但就是體積不能增加，這對很多生產廠商來說非常難，沒有技術積累會很棘手。所以也就只有作為光儲行業領導者的三星、東芝和海力士研究出新技術。

有報導稱，目前的進度是三星技術在64層，海力士在72層、東芝在96層，隨著層數增加，競爭日益激烈，三星電子在其平澤半導體工廠於7月4 日開始全面生產64層3D NAND 。這個工廠是由1.6萬億日元巨額資本投資建造的，計畫到2017年底，將生產量從2016年底的每月25萬張增加到每月66萬張。海力士5月1 日宣佈開發出世界上第一個72層3D-NAND ，大規模生產將於2017年下半年在日本的利川工廠啟動。東芝在6月28 日宣佈，他們已經製造了一個具有96層工藝的3D-NAND原型，並已經確認了基本操作。計畫在2017年下半年進行樣品運輸，並於2018年開始在四日市Y6大樓進行批量生產。雖然48層版本目前是3D-NAND的中心，但未來是64,72和96層版本即將接管中心舞臺。

三星使用的是一種叫Terabit Cell Array Transistor (TCAT)工藝。TCAT 是一種後柵極方法( gate-last approach)，其沉積的是交替的氧化物和氮化物層。然後形成一個穿過這些層的通道並填充氧化物-氮化物-氧化物和多晶矽。然後形成階梯。最後，蝕刻一個穿過這些層的槽並去除其中的氮化物，然後沉積氧化鋁(AlO)、氮化鈦(TiN)和高純鎢(W)又對其進行回蝕(etch back)，最後用高純鎢填充這個槽。東芝則是使用了另一種稱為BiCS的工藝，業內都有傳言說東芝做不出有效的 BiCS，而東芝的生產部分基本上就是複製的 TCAT 工藝，儘管東芝還是稱之為 BiCS。

3D NAND流程從一個襯底開始。那麼供應商開始經歷流程中的第一個巨大挑戰——交替堆疊沉積。採用化學氣相沉積(CVD)，交替堆疊沉積包含了一個在襯底上逐層沉積並堆疊薄膜層的制程。

這個制程更像是做夾心蛋糕。簡而言之，一個材料層沉積到襯底上，然後有一個材料層再羅列上去。這個進程數次重複，直到設備達到想要的層數。據說對於每個附加層，需要四或五個更多的處理，並且估計64層版本需要大約300個處理，大約350的72層版本和大約450的96層版本。層數正在增加，設計變化正在同時進行中，以形成更薄的薄膜並縮小器件尺寸。所使用的六氯化鎢（WCI₆）和二氧化硫（SO₂）等氣體量隨著層數的增加而增加，但是較薄的膜意味著增加不是線性的。

這個過程不僅被引入到3D-NAND中，而且還被引入到FinFET和DRAM中。鎂光科技和台積電等公司也採用這種技術，估計全球對六氯化鎢的需求量每年將達到數百噸，從產能方面說，世界有60%以上的六氯化鎢生產於中國大陸地區。

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