KIOXIA разрабатывает новую трехмерную полукруглую ячейку флэш-памяти "Twin BiCS FLASH"

Компания KIOXIA Europe GmbH объявила о разработке первой^[1] в мире технологии трехмерных полукруглых ячеек флеш-памяти с разделенным затвором "Twin BiCS FLASH" на основе структуры полукруглых ячеек особой конструкции с плавающим затвором (FG). Twin BiCS FLASH обладает превосходными характеристиками записи и более широким окном записи/стирания при значительно меньшем размере по сравнению с традиционными круглыми ячейками с ловушкой заряда (CT). Благодаря этому 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. Эта 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 методом осаждения и травления с большим удлинением. В последние годы, когда количество слоев ячеек превысило 100, поиск компромисса между контролем профиля травления, однородностью размеров и эффективностью производства становится все более сложной задачей. Для решения этой проблемы KIOXIA разработала новую конструкцию полукруглых ячеек, разделив электрод затвора в традиционной круглой ячейке, чтобы уменьшить размеры по сравнению с обычной ячейкой, обеспечивая более высокую плотность памяти при меньшем количестве слоев ячейки.

Круглый управляющий затвор обеспечивает более широкое окно записи и снижает влияние насыщения по сравнению с плоским затвором благодаря эффекту кривизны, который улучшает инжекцию носителей через туннельный диэлектрик и снижает утечку электронов в блокирующий диэлектрик (BLK). В такой конструкции с разделенным затвором, круглый управляющий затвор симметрично разделен на два полукруглых затвора, что значительно улучшает динамику записи/стирания. Как показано на Рис. 1, для повышения эффективности захвата заряда используется проводящий запоминающий слой в сочетании с блокирующими диэлектриками с высокой проницаемостью (high-k BLK), чем достигается высокий коэффициент связи для увеличения окна записи, а также снижается утечка электронов с плавающего затвора (FG), 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 демонстрируют значительное улучшение характеристик записи и расширение окна записи/стирания по сравнению с круглыми ячейками большего размера (CT). Полукруглые FG ячейки, 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 делает возможным хранение более четырех битов данных в одной ячейке, т.е. реализация пятиуровневых ячеек (PLC), как показано на Рис. 3. Эти результаты подтверждают, что полукруглые ячейки FG являются жизнеспособным вариантом для достижения более высокой битовой плотности.

В дальнейшем, усилия KIOXIA по исследованиям и разработкам, направленные на инновации в области флэш-памяти, будут включать продолжение разработки Twin BiCS FLASH и поиск ее практического применения. На конференции IEDM 2019 компания KIOXIA также анонсировала шесть других публикаций, демонстрирующих высокую R&D активность исследований и разработок компании в области флеш-памяти.

Рисунок 1 - Изготовленные полукруглые ячейки FG (а) Вид в поперечном сечении (б) Вид в плоскости

Рисунок 2 - Экспериментальные характеристики записи/стирания, сравнивающие полукруглые ячейки FG с круглыми ячейками CT

###

О KIOXIA Europe GmbH

KIOXIA Europe GmbH (ранее Toshiba Memory Europe GmbH) - европейское подразделение KIOXIA Corporation, ведущий мировой поставщик флэш-памяти и твердотельных накопителей (SSD). От изобретения флэш-памяти до современной революционной 3D технологии BiCS FLASH, KIOXIA продолжает разрабатывать передовые решения и услуги в области цифровых устройств хранения данных, которые обогащают жизнь людей и расширяют горизонты общества. Инновационная технология 3D флэш-памяти от KIOXIA, BiCS FLASH, формирует будущее систем хранения данных в приложениях с высокой плотностью, включая современные смартфоны, ПК, твердотельные накопители, автомобили и центры обработки данных.