有色金属:375层NAND钼代钨,从钢铁辅料到芯片字线材料?
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大家可能都有注意到,新手机和用了几年的老手机比起来,除了好看、成色新等以外,还有一个明显的特点就是,新手机不卡顿、反应快。
这是为什么呢?
“新手机里除了自带的应用,别的啥软件也没有装,也没有存那么多照片、文件等,当然反应快。”,可能大家的第一反应多半都是这样。
这也对,不过在这背后,可能还有一些可能比较“小众”的知识点,比如,手机存储空间占用量一旦超过85%,打开高清大图、长视频,就可能会变慢;反复地存删照片/视频,NAND闪存(手机内存芯片)颗粒性能就会衰减,读写数据速度就会变慢等。
就在这不起眼的闪存里,最近行业里发生了一件值得一提的事,存储大厂在375层堆叠NAND闪存中,将“字线”材料,从传统的钨,换成了钼。
那么,这种常作为钢铁合金原料金属的钼,为啥就突然跑到了闪存芯片(NAND)里了呢?
“为啥要换?”
注意,这里有个数字,375层。迪拜哈利法塔地上也不过才163层,现在NAND闪存做到375层堆叠,这是不是堪比芯片的“哈利法塔”plus,大约相当于2.3个哈利法塔的层数。
NAND闪存堆叠层数这么高的原因,也大概跟建更高的高层楼房一样——容量更大,闪存芯片的这个思路,带来的现实影响,可能就包括以后的手机能存更多东西,读取速度也可能会更快。当前,375层已经完成了量产验证阶段,这意味着存储芯片的“层高”又刷新了高度。
然而,问题也接踵而至。楼盖高了,里面的电梯、供水等上下“通道”都会不同于低层建筑。
NAND闪存也一样,层数越高,负责传递信号的字线,必须也跟着往高处和更密处走。
这里,解释一下字线。
字线(Word Line),是横向金属线,负责选通某一层的存储单元;375层意味着字线又细又长、孔又深又窄。
传统上的,这根线,是钨做的。钨,有着熔点高、皮实的特性,在芯片厂里已经用很久了。
这个远超哈利法塔层数的存在,层数越高,对材料的选用也就越“挑剔”,但是,任何材料都会有它的物理极限,钨也一样,300层以下钨还能用,可到了375层甚至更多,钨不仅电阻会大幅上升,填充也容易出现空隙。电阻上升,信号传输会变慢,还会加剧发热。
如果在375层,继续用钨,也不是完全不行,只是性能、良率会被拖累,这样一来,从产业角度看,也就不那么划算了。
“钼的登场。”
从物理的角度看,钼相比钨,在这样的“场景”里,有着一些先天的优势。如,它在纳米级尺寸中,电阻更低、信号传输更快、发热更少;在填充时,更均匀密实。此外,它还不需要再额外增加阻挡层,在这比“寸土寸金”更甚的场景中更是节省了空间,以及热胀冷缩与芯片材料更匹配。
这样一来,它的这些“优点”,就恰好解决了375层的“痛点”
这次,SK海力士在375层产品上完成钼字线的量产验证,算是给这个技术路线的可行性提供了背书。
“钼的‘本面目’。”
聊了这么多,大概还是有人不知道钼到底什么样,它不像生活中能够常见到的钢铁,但却一直都有深度参与钢铁的生产。
也更是与生活中常用的工具相关,比如家里的菜刀、不锈钢锅等,都有它的“身影”。
有数据显示,钼的用处,大概有80%都用在了钢铁冶金上了,加上一点钼,钢就能变得更坚韧、更耐热、更抗腐蚀。对于钢铁行业而言,虽然它的用量不大,但是不可或缺。
那么,对于芯片制造而言,它也不是首次“参与”了,只是以前,它都是在像光刻掩膜版基板、扩散阻挡层、散热/封装材料中做一些配角,而作为SK海力士375层3D NAND闪存字线的主料,还是第一次。
(2024年4月,三星在286层NAND中率先引入钼作为字线/金属布线材料,开始“以钼代钨”。)
“怎么看待?”
对于这件事中的“钼”,怎么看待呢?
一个大致的测算,一片12英寸的NAND晶圆,字线里用到的钼可能也就是零点几克。即便是全球所有NAND产线,每个月跑上150万片晶圆,一年下来对钼的新增消耗量,也可能只在数吨到十几吨的级别。对比全球每年大概20多万吨的产量,这个量级就不言自明了吧。(这只是匹配了当前的产业节奏)
不过,这个事,它也不完全是用斤、用吨来评价的,还有技术,比如芯片用钼,要求的是99.999%高纯度,镀膜用的钼靶材,这些都是有门槛的。所以,这个事,从另外一个角度看,可能是从“量”到“质”的一次转变。
“写在最后。”
当然,我们也要客观。一项验证要真正变成几亿颗芯片里稳定可靠的材料,还有很长的路要走。纯度怎么保持得更稳,大规模生产的成本怎么降下来,整条供应链怎么磨合,都需要时间。
钨被用了这么多年,它完善的工艺体系,或许不会被轻易取代。钼的代钨,目前更多是发生在超高层数、对电阻最敏感的先进产品上。
这大概就像是建桥,普通的桥用钢筋混凝土(钨)大概就够用了,但要在各种条件都要求比较苛刻的地方造一座跨度惊人的大桥,那就得用特种钢丝(钼)。
以后,这两种材料很可能共存。只不过,钼晋级到了一个更高技术级别的赛道里了。
参考资料:
界面新闻.SK海力士375层3D NAND年内量产,引入钼材料攻克超高层堆叠难题.2026年6月11日.
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