瑞薩電子宣布為16/14納米及以上工藝節(jié)點的高性能、高可靠性微控制器開發(fā)出全球首款鰭狀MONOS閃存單元

　　全球領先的半導體解決方案供應商瑞薩電子株式會社今日宣布成功開發(fā)出全球首款分離閘金屬氧化氮氧化硅(SG-MONOS)閃存單元，該單元采用鰭狀晶體管，用于配有電路線寬為16至14納米(nm)或更細的片上閃存的微控制器(MCU)。SG-MONOS技術能夠可靠應用于汽車應用，瑞薩電子目前正在采用該技術量產(chǎn)40納米的MCU，28納米的MCU也正在研發(fā)過程中。這一成功開發(fā)表明SG-MONOS技術對16/14納米及以上的制程節(jié)點具有優(yōu)異的可擴展性。

　　隨著高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)等汽車自動化方面的進步以及物聯(lián)網(wǎng)(IoT)連接的智能社會的發(fā)展，產(chǎn)生了使用更精細制程技術裝配先進MCU的需求。為滿足這一需求，瑞薩電子開發(fā)了基于16/14納米技術的嵌入式閃存，成功替代了目前最新的40/28納米技術。在16/14納米邏輯制程中，一種采用鰭狀結構的晶體管——鰭式場效應晶體管(FinFET)，被廣泛用于提高性能和降低功耗，以克服傳統(tǒng)平面晶體管的擴展限制。

　　然而，根據(jù)閃存結構不同，嵌入式閃存采用鰭狀結構可能會面臨一大挑戰(zhàn)。目前提出和實現(xiàn)了兩種類型的嵌入式閃存：浮柵和電荷擷取。與浮柵閃存相比，近年來瑞薩電子一直采用的電荷擷取閃存具有更好的電荷保持特性，且在對可靠性要求較高的汽車MCU中始終表現(xiàn)良好。此外，由于內(nèi)存功能材料是在硅襯底表面形成的，因此相對而言容易延展形成三維鰭狀結構。與之相比，浮柵閃存單元的結構復雜，因此很難將其整合到鰭狀結構中。

　　相較于浮柵結構，SG-MONOS具有的另一項優(yōu)勢在于用金屬柵電極替代偽多晶硅柵電極后，存儲器單元結構仍然保持不變，該工藝還用于生產(chǎn)帶有高介電柵極絕緣層和金屬柵電極的先進邏輯CMOS設備。

　　瑞薩電子是全球首家成功開發(fā)出具有高擴展性鰭狀結構SG-MONOS閃存的公司，該產(chǎn)品將用于16/14納米及以上工藝節(jié)點的高性能和高可靠性MCU。

　　新開發(fā)的嵌入式閃存技術的關鍵特性：

　　(1) 鰭狀結構使存儲操作和晶體管特性得到顯著提升

　　瑞薩電子證實，在編程/擦除過程中閾值電壓的變化以及新開發(fā)的鰭狀結構SG-MONOS存儲單元的編程/清除速度均在預期范圍以內(nèi)。在采用鰭狀結構的晶體管內(nèi)，柵極會封閉通道，從而保持較大的驅(qū)動電流，即便為了增大集成度而顯著縮小工作區(qū)的面積。此外，通過提高柵極的可控性，顯著提高了閾值電壓的可變性。以上結果表明，鰭狀結構SG-MONOS存儲單元具有優(yōu)異的特性，能夠以下一代閃存所要求的200MHz以上頻率實現(xiàn)高速隨機訪問讀取，同時還可以大幅提高片上存儲容量。

　　(2) 開發(fā)出可緩解鰭狀結構所致性能下降問題的編程方法

　　當使用鰭狀結構時，由于電場在鰭尖有所增強，隨著時間推移設備特性可能會出現(xiàn)一定退化或劣化。電場增強效果在編程操作開始時和完成后最為明顯，因此瑞薩電子對“階躍脈沖”編程法(將編程電壓逐步升高)的可行性進行了研究。該技術過去被用于采用平面結構的內(nèi)存，但目前證明，其在鰭狀結構內(nèi)存中對緩解鰭尖電場增強方面特別有效。經(jīng)確認，對于長時間使用的鰭狀結構SG-MONOS存儲單元，該技術可以有效減少退化，而且在數(shù)據(jù)存儲閃存中編程/擦除循環(huán)次數(shù)可以達到25萬次。

　　(3) 提供相同的高溫數(shù)據(jù)保持特性

　　鰭狀結構非常適合電荷擷取MONOS閃存具有的優(yōu)異電荷保持特性。對汽車應用非常重要的數(shù)據(jù)保持時間，經(jīng)過25萬次編程/擦除循環(huán)后仍可達到十年或更長時間。這一水平與早期內(nèi)存達到的可靠性水平相同。

　　上述結果表明，通過使用16/14納米節(jié)點和以上的高介電柵極絕緣層和金屬柵電極，SG-MONOS閃存可以輕松集成到先進的鰭狀結構邏輯制程中，從而在100兆字節(jié)(MB)范圍內(nèi)實現(xiàn)大容量芯片存儲，同時還能帶來高度可靠的MCU，其處理性能可以達到28納米設備的四倍以上。瑞薩電子將繼續(xù)確認基于該技術的大容量閃存的操作，并推進研發(fā)工作，力爭在2023年左右投入實際使用。

　　瑞薩電子秉持對汽車行業(yè)不斷創(chuàng)新和實現(xiàn)智能社會的承諾，計劃繼續(xù)開發(fā)用于28納米節(jié)點、16/14納米節(jié)點及以上嵌入式設備的高性能、高可靠性大容量閃存。

　　瑞薩電子將于12月6日在2016國際電子器件會議(IEDM 2016)上宣布新開發(fā)的嵌入式閃存技術的詳細信息，該會議將于2016年12月5日至7日在美國舊金山召開。