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。