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瑞萨电子宣布为微控制器开发出全球首款鳍状MONOS闪存单元
2016-12-20 22:09:02
来源:
未知
全球领先的
半导
体解决方案供应商
瑞萨电子
株式会社(TSE:6723)今日宣布成功开发出全球首款(注1)分离闸金属氧化氮氧化硅(SG-MONOS,注2)闪存单元,该单元采用鳍状晶体管,用于配有电路线宽为16至14纳米(nm)或更细的片上闪存的
微控制器
(MCU)。SG-MONOS技术能够可靠应用于
汽车
应用,瑞萨电子目前正在采用该技术量产40纳米的MCU,28纳米的MCU也正在研发过程中。这一成功开发表明SG-MONOS技术对16/14纳米及以上的制程节点具有优异的可扩展性。
随着高级辅助驾驶系统(ADAS)等
汽车
自动化方面的进步以及
物联网
(IoT)连接的智能社会的发展,产生了使用更精细制程技术装配先进MCU的需求。为满足这一需求,瑞萨电子开发了基于16/14纳米技术的
嵌入
式闪存,成功替代了目前最新的40/28纳米技术。在16/14纳米逻辑制程中,一种采用鳍状结构的晶体管——鳍式场效应晶体管(FinFET),被广泛用于提高性能和降低功耗,以克服传统平面晶体管的扩展限制。
然而,根据闪存结构不同,
嵌入式闪存
采用鳍状结构可能会面临一大挑战。目前提出和实现了两种类型的嵌入式闪存:浮栅
和电
荷撷取。与浮栅闪存相比,近年来瑞萨电子一直采用的
电荷
撷取闪存具有更好的电荷保持特性,且在对可靠性要求较高的
汽车
MCU中始终表现良好。此外,由于内存功能材料是在硅衬底表面形成的,因此相对而言容易延展形成三维鳍状结构。与之相比,浮栅闪存单元的结构复杂,因此很难将其整合到鳍状结构中。
相较于浮栅结构,SG-MONOS具有的另一项优势在于用金属栅
电极
替代伪多晶硅栅电极后,
存储器
单元结构仍然保持不变,该工艺还用于生产带有高介电栅极绝缘层和金属栅电极的先进逻辑CMOS设备。
瑞萨电子是全球首家成功开发出具有高扩展性鳍状结构SG-MONOS闪存的公司,该产品将用于16/14纳米及以上工艺节点的高性能和高可靠性MCU。
新开发的
嵌入式闪存技术
的关键特性:
(1) 鳍状结构使存储操作和晶体管特性得到显著提升
瑞萨电子证实,在编程/擦除过程中
阈值电压
的变化以及新开发的鳍状结构SG-MONOS存储单元的编程/清除速度均在预期范围以内。在采用鳍状结构的晶体管内,栅极会封闭通道,从而保持较大的
驱动电流
,即便为了增大集成度而显著缩小工作区的面积。此外,通过提高栅极的可控性,显著提高了阈值电压的可变性。以上结果表明,鳍状结构SG-MONOS存储单元具有优异的特性,能够以下一代闪存所要求的200MHz以上频率实现高速随机访问读取,同时还可以大幅提高片上存储容量。
(2) 开发出可缓解鳍状结构所致性能下降问题的编程方法
当使用鳍状结构时,由于
电场
在鳍尖有所增强,随着时间推移设备特性可能会出现一定退化或劣化。电场增强效果在编程操作开始时和完成后最为明显,因此瑞萨电子对“阶跃脉冲”编程法(将编程电压逐步升高)的可行性进行了研究。该技术过去被用于采用平面结构的内存,但目前证明,其在鳍状结构内存中对缓解鳍尖电场增强方面特别有效。经确认,对于长时间使用的鳍状结构SG-MONOS存储单元,该技术可以有效减少退化,而且在数据存储闪存中编程/擦除循环次数可以达到25万次。
(3) 提供相同的高温数据保持特性
鳍状结构非常适合电荷撷取MONOS闪存具有的优异电荷保持特性。对
汽车
应用非常重要的数据保持时间,经过25万次编程/擦除循环后仍可达到十年或更长时间。这一水平与早期内存达到的可靠性水平相同。
上述结果表明,通过使用16/14纳米节点和以上的高介电栅极绝缘层和金属栅电极,SG-MONOS闪存可以轻松集成到先进的鳍状结构逻辑制程中,从而在100兆字节(MB)范围内实现大容量
芯片
存储,同时还能带来高度可靠的MCU,其处理性能可以达到28纳米设备的四倍以上。瑞萨电子将继续确认基于该技术的大容量闪存的操作,并推进研发工作,力争在2023年左右投入实际使用。
瑞萨电子秉持对
汽车
行业不断创新和实现智能社会的承诺,计划继续开发用于28纳米节点、16/14纳米节点及以上
嵌入式设备
的高性能、高可靠性大容量闪存。
瑞萨电子将于12月6日在2016国际
电子器件
会议(IEDM 2016)上宣布新开发的嵌入式闪存技术的详细信息,该会议将于2016年12月5日至7日在美国旧金山召开。
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