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【CTIMES/SmartAuto 陳復霞整理报导】   2017年02月03日 星期五

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适用于16/14奈米以上制程节点的高效能、高可靠性微控制器

瑞萨首创采用鳍状电晶体的分离闸金属氧氮氧矽(SG-MONOS)快闪记忆体单元,实现高密度嵌入式快闪记忆体,可嵌入先进高效能逻辑制程。
瑞萨首创采用鳍状电晶体的分离闸金属氧氮氧矽(SG-MONOS)快闪记忆体单元,实现高密度嵌入式快闪记忆体,可嵌入先进高效能逻辑制程。

瑞萨电子(Renesas)宣布成功开发全球首创采用鳍状电晶体的分离闸金属氧氮氧矽(SG-MONOS)快闪记忆体单元,适用于电路线宽仅16至14奈米(nm)或更精细的微控制器(MCU)制程,且其中晶片内建快闪记忆体。 SG-MONOS技术为汽车应用提供高度可靠性,同时瑞萨目前也运用此技术来量产40奈米MCU,并且正在开发28奈米MCU。此次成功开发展现SG-MONOS技术扩展至16/14奈米及以上制程的可能性。

汽车自动化方面的进展,例如先进驾驶辅助系统(ADAS),以及透过物联网(IoT)连结的智慧型社会,创造了更先进MCU的需求,并采用更精密制程技术生产。为满足此需求,继最新的40/28奈米产品之后,瑞萨已开发以16/14奈米技术为基础的嵌入式快闪记忆体。在16/14奈米逻辑制程中,通常采用具有鳍状结构的鳍式场效电晶体(FinFET),以实现更高的效能并降低功耗,克服传统平面电晶体的扩充限制。

但是,依照快闪记忆体的结构,在嵌入式快闪记忆体中采用鳍状结构可能会成为一大挑战。目前已提出并实作的嵌入式快闪记忆体类型有两种:浮闸式与电荷撷取式。相较于浮闸式记忆体,瑞萨近年来采用的电荷撷取式快闪记忆体具有优异的电荷保留特性,并且在需要高可靠性的汽车MCU中已有优良的使用记录。另外,由于记忆体功能性材质形成于矽基板的表面,因此延展至三维鳍状结构相对容易。相比之下,浮闸式快闪记忆体单元的结构复杂,因此不容易整合至鳍状结构。

SG-MONOS优于浮闸式结构的另一项优势是,以金属闸电极替代多晶矽闸电极之后,仍可维持记忆体单元结构,此程序也用于制造搭载高介电闸极绝缘体及金属闸电极的先进逻辑CMOS元件。

瑞萨开发出高扩充性的鳍状结构SG-MONOS快闪记忆体,为全球首创,此产品适用于需要16/14奈米及以上制程节点的高效能、高可靠性MCU。

技术特色

(1)确认鳍状结构可提升记忆体运作及电晶体特性

瑞萨已证实新开发的鳍状结构SG-MONOS记忆体,在写入/抹除期间的电压阀值变化以及写入/抹除的速度,皆维持在预期范围内。采用鳍状结构的电晶体中,由于闸极包围通道,因此可维持较大的驱动电流,即便为了提高整合度而大幅减少活性区域,依然维持良好表现。此外,藉由提升闸极控制能力,阀值电压变异性已显著改善。上述结果显示鳍状结构SG-MONOS记忆体单元的优异特性,在200 MHz以上频率中实现高速随机存取的读取性能,可满足新一代快闪记忆体需求,同时大幅提升晶片内建记忆体容量。

(2)藉由鳍状结构,开发能够减缓效能劣化的写入方式

使用鳍结构时,由于鳍状尖端电场增强,元件的特性可能会随着时间产生些许衰退或劣化。上述电场增强在程式操作开始与结束时最为显著,因此瑞萨工程师研究了「步进脉冲」的写入方法,使其电压从较低层级逐步升高至较高层级。此项技术已宣布用于平面结构的记忆体,而在鳍状结构记忆体中,已证明此技术能够减少鳍状尖端电场的增强情况。目前已确认此技术能够有效减缓鳍状结构SG-MONOS记忆体单元随时间的退化,并且用于储存资料的快闪记忆体中,已达到25万次写入/抹除周期。

(3)维持同等高温资料保存特性

鳍状结构可达到电荷撷取式MONOS快闪记忆体的优异电荷保留特性,资料保存期间可达到十年或超过25万次写入/抹除周期,此特性对于汽车应用而言十分重要,如此的可靠性与过去的记忆体类型相当。

上述结果显示SG-MONOS快闪记忆体可轻易整合至16/14奈米及以上的先进鳍状结构逻辑制程,采用高介电闸极绝缘体与金属闸电极,可达到100MB等级的大容量晶片内建记忆体,并达成高可靠性MCU,其效能为28奈米装置处理效能的四倍以上。瑞萨将继续确认以此技术为基础的大容量快闪记忆体运作情形,并将在2023年左右展开实际的开发工作。

瑞萨希望能开发嵌入式装置所需的高效能、高可靠性大容量快闪记忆体,不仅包含28奈米制程,同时包括16/14奈米以上制程,持续致力于汽车领域的进展并实现智慧型社会。

關鍵字: 鳍状电晶体  SG-MONOS  嵌入式  闪存  瑞薩  瑞薩電子  晶体管 
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