KIOXIA разрабатывает новую структуру ячеек флеш-памяти Twin BiCS Flash

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).

Рис. 1. Сформированные полукруглые ячейки FG: а — поперечное сечение; b — вид сверху

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.

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. 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.

Рис. 2. Экспериментальные характеристики записи/стирания полукруглых ячеек FG по сравнению с круглыми ячейками CT

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).

Рис. 3. Смоделированные распределения Vt после записи с калиброванными параметрами

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.

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.