Компания KIOXIA Europe GmbH объявила о разработке первой в мире технологии трехмерных полукруглых ячеек флеш-памяти с разделенным затвором на основе структуры полукруглых ячеек особой конструкции с плавающим затвором (FG) — Twin BiCS Flash. Новая структура обладает улучшенными характеристиками записи и более широким окном записи/стирания при значительно меньшем размере по сравнению с традиционными круглыми ячейками с ловушкой заряда (CT). Благодаря таким характеристикам ячейки новой конструкции рассматриваются как перспективное решение, превосходящее по своим характеристикам технологию хранения четырех битов в ячейке (QLC) и позволяющее значительно повысить плотность хранения и уменьшить количество слоев. Новая технология была представлена на конференции IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей 11 декабря в Сан-Франциско, Калифорния, США.
Рис. 1. Сформированные полукруглые ячейки FG: а — поперечное сечение; b — вид сверху
Технология 3D-флеш-памяти позволила достичь высокой плотности записи при низкой стоимости за каждый бит данных благодаря увеличению количества слоев ячеек, а также реализации нанесения многослойной структуры и травления с большим удлинением. В последние годы, когда количество слоев ячеек превысило сотню, поиск компромисса между управлением профилем травления, однородностью размера и эффективностью производства становится все более сложной задачей. Для решения этой проблемы компания KIOXIA разработала новую конструкцию полукруглых ячеек путем разделения вывода затвора в традиционной круглой ячейке, чтобы уменьшить размеры и создать память более высокой плотности с меньшим количеством слоев.
Рис. 2. Экспериментальные характеристики записи/стирания полукруглых ячеек FG по сравнению с круглыми ячейками CT
Круговой управляющий затвор благодаря эффекту кривизны, улучшающему инжекцию носителей через туннельный диэлектрик и снижающему утечку электронов в блокирующий диэлектрик (BLK) обеспечивает более широкое окно записи и снижает влияние насыщения по сравнению с плоским затвором. В этой конструкции круговой управляющий затвор симметрично разделен на два полукруговых затвора, что значительно улучшает динамику записи/стирания. Как показано на рис. 1, для повышения эффективности захвата заряда используется проводящий слой хранения в сочетании с блокирующим диэлектриком с высокой проницаемостью. В результате достигается высокий коэффициент связи для увеличения окна записи, а также снижается утечка электронов с плавающего затвора, что позволяет устранить проблемы, вызванные насыщением. Экспериментальные характеристики записи/стирания на рис. 2 показывают, что полукруглые ячейки с плавающим затвором (FG) и блокирующим диэлектриком с высокой проницаемостью обеспечивают значительное улучшение характеристик записи и расширение окна записи/стирания по сравнению с круглыми ячейками большего размера с ловушкой заряда (CT). Ожидается, что полукруглые ячейки FG, обладающие лучшими характеристиками записи/стирания, будут иметь сравнительно плотное распределение QLC Vt при малых размерах ячейки. Кроме того, применение кремниевого канала с низкой концентрацией ловушек дает возможность хранить более четырех битов данных в одной ячейке и реализовать, например, пятиуровневые ячейки (PLC), как показано на рис. 3. Эти результаты подтверждают, что полукруглые ячейки FG могут служить практическим решением для повышения плотности хранения данных.
Рис. 3. Смоделированные распределения Vt после записи с калиброванными параметрами
Отныне исследования и разработки компании KIOXIA в области инновационной флеш-памяти будут включать в себя дальнейшее развитие технологии Twin BiCS Flash и поиск ее практического применения. На конференции IEDM 2019 компания KIOXIA также представила шесть других публикаций, демонстрирующих высокую активность исследований и разработок компании в области флеш-памяти.