KIOXIA udvikler ny Twin BiCS Flash-cellestruktur

KIOXIA Europe GmbH har annonceret udviklingen af verdens første split-gate 3D halvcirkulære flashcelleteknologi baseret på Twin BiCS Flash, en halvcirkulær cellestruktur med flydende gate med særligt design FG . Den nye struktur giver forbedret skriveevne og et bredere skrive/slettevindue med et meget mindre fodaftryk end traditionelle cirkulære ladningsfældeceller CT-celler .

Fig. 1. Halvcirkulære FG-celler: a – tværsnit; b – ovenfra

Med disse egenskaber ses det nye celledesign som en fremtidssikret løsning, der overgår lagringsteknologien med fire bit pr. celle QLC og muliggør betydeligt højere lagertætheder og færre lag. Ny teknologi præsenteret på IEEE International Electron Devices Meeting IEDM -konferencen, der blev afholdt den 11. december i San Francisco, Californien, USA.

3D-flashhukommelsesteknologi har muliggjort høje skrivetætheder til lave omkostninger pr. bit ved at øge antallet af cellelag og implementere etch-mønstre med flere lag og langvarige ætsninger. I de seneste år er det med mere end hundrede lag celler blevet stadig vanskeligere at finde et kompromis mellem ætsningsprofilstyring, ensartethed i størrelsen og produktionseffektivitet. For at løse dette problem har KIOXIA udviklet et nyt halvcirkulært celledesign ved at opdele gate-udgangen i en traditionel rund celle for at reducere størrelsen og skabe hukommelse med højere tæthedsgrad med færre lag. Cirkulær kontrolgate med krumningseffekt, der forbedrer injektion af bærere gennem tunneldielektrisket og reducerer elektronlækage ind i det blokerende dielektrikum BLK , hvilket giver et bredere skrivevindue og reducerer mætningseffekten sammenlignet med en flad gate.

Figur. 2. Eksperimentel skrive/sletteevne for FG halvcirkulære celler sammenlignet med CT cirkulære celler

I dette design er den cirkulære kontrolgate symmetrisk opdelt i to halvcirkulære gates, hvilket forbedrer skrive-/slettedynamikken betydeligt. Som vist i fig. 1, anvender et ledende lag til lagring kombineret med et dielektrikum med høj permeabilitet, der blokerer for at forbedre effektiviteten af opfangning af ladninger. Resultatet er et højt koblingsforhold for at øge optagevinduet samt reduceret elektronlækage fra den flydende gate, hvilket eliminerer problemer forårsaget af mætning. Eksperimentel skrive/sletteydelse på Fig. 2 viser, at halvcirkulære celler med en flydende gate FG og et dielektrikum med høj permeabilitet giver betydeligt bedre skriveevne og et bredere skrive/slettevindue sammenlignet med større runde celler med ladningsfælde CT .

Fig. 3. Simulerede Vt-fordelinger efter optagelse med kalibrerede parametre

FG halvcirkulære celler, som har bedre skrive/sletteevne, forventes at have en relativt tæt QLC Vt-fordeling ved små cellestørrelser. Desuden gør brugen af en siliciumkanal med en lav fældekoncentration det muligt at lagre mere end fire bit data i en enkelt celle og implementere f.eks. femniveauceller PLC , som vist i fig. 3. Disse resultater bekræfter, at halvcirkulære FG-celler kan være en praktisk løsning til højere lagertætheder.

KIOXIA’s forskning og udvikling af innovativ flash-hukommelse vil fremover omfatte videreudvikling af Twin BiCS Flash-teknologien og dens praktiske anvendelse. På IEDM 2023 præsenterede KIOXIA også seks andre publikationer, der viser virksomhedens stærke forsknings- og udviklingsaktiviteter inden for flashhukommelse.