6月28日，应用材料公司宣布推出全新的Applied Centura Avatar刻蚀系统。该系统主要针对高深宽比刻蚀应用，如制造新兴的三维NAND存储结构。

       NAND闪存市场在过去的十年中一直呈指数式增长。一直以来，闪存都是沿水平方向的两个维度在扩展，但这种方法已经趋近其物理和电学极限。为了突破这一极限，芯片厂商引入了第三个（垂直）维度。这一三维概念于2007年首次公开，并被所有主要的存储器制造商用作未来存储器微缩的解决方案。

       要了解三维NAND闪存结构，还要从二维NAND闪存串（一般包括32个或64个存储单元）开始。将二维闪存串沿其中点拉出并对折，再将该折叠结构立起来（如图1所示）。在这样的三维结构中，源和漏位于顶端，存储单元被垂直叠放，而连接线位于底端。这意味着数十亿个触点必须被连接，极高的深宽比已成必然，刻蚀工艺将面临全新挑战，而且可以说是迄今遇到的最复杂的挑战（如图2所示）。

      图1. 三维NAND结构

       第一个挑战涉及掩膜开通步骤，这个步骤将打通指导后续刻蚀工艺的模板。此处的挑战是，掩膜的厚度如今超过了我们之前处理过的任何掩膜。深宽比增至约20:1，这意味着刻蚀的速率必须足够高才能满足产量需求。掩膜刻蚀也必须几近完美。由掩膜开通工艺所产生的任何误差都将被传递到整个叠层。

       接下来，沟槽刻蚀必须通过一叠交互变化的材料向下延伸，以制造出深宽比非常高的沟槽——垂直方向30:1，而水平方向甚至更高。为了确保器件间性能的高度一致，沟槽刻蚀必须一直向下，经过一个很长的结构，而中间不能有任何弯转或其它变形。后续的接触通孔刻蚀类似于栅极沟槽，即也需要通过交互变化的叠层材料。但这个步骤中的深宽比约为60:1。同样，刻蚀必须保持完全垂直，直到通过整个交互变化的叠层材料，因为弯转或变形会影响接触通孔精确着陆到微小的接触垫。

图2. Applied Centura Avatar高深宽比刻蚀系统具有的突破性功能，克服了三维NAND结构所带来的前所未有的挑战。

图注：

Channel hole：接触通孔

Billions per die：数十亿/芯片

Staircase contact：阶梯式触头

Gate trench：栅极沟槽

Millions per die：数百万/芯片

Hard mask open：硬掩膜打通

Layers：层

Cell：单元

Periphery：边缘

资料来源：VLSI和IEDM出版物

       阶梯式接触通孔刻蚀包括低深宽比和极高深宽比结构的刻蚀，这两种刻蚀必须同时进行，以获得最高经济效益生产。这要求在刻蚀低深宽比结构并停在其下面一层的同时，继续刻蚀高深宽比结构并不出现刻蚀中止或形貌变异。

       时至今日，所有的刻蚀系统都无法应对这些挑战。应用材料公司新推出的Applied Centura Avatar系统具有专门应对三维NAND挑战的突破性功能，在以上所述的每个步骤中都能表现出独一无二的卓越性能。凭借其独特的高频等离子体源、多频偏振源和步进式温度控制功能，Avatar系统可通过多种材料叠层、突破性的形貌和针对阶梯式结构的多深度接触的选择性性能，在高深宽比结构中获得垂直形貌。除了这些优势之外，该系统的刻蚀速率极高，可使系统生产率达到最高水平。