KIOXIA töötab välja uue Twin BiCS Flash raku struktuuri

KIOXIA Europe GmbH on teatanud maailma esimese split-gate 3D poolringikujulise välkmälu tehnoloogia väljatöötamisest, mis põhineb spetsiaalsel floating-gate FG poolringikujulisel raku struktuuril – Twin BiCS Flash. Uus struktuur pakub paremat kirjutamistulemust ja laiemat kirjutamis- ja kustutusakent palju väiksema suurusega kui traditsioonilised ümmargused laengupüüdjaelemendid CT .

Joonis. 1. Moodustatud poolringikujulised FG-rakud: a – ristlõike vaade; b – ülaltvaade

Tänu nendele omadustele peetakse uut raku disaini tulevikukindlaks lahenduseks, mis ületab nelja-bitise raku QLC salvestustehnoloogiat, võimaldades oluliselt suuremat salvestustihedust ja väiksemat kihtide arvu. Uut tehnoloogiat esitleti 11. detsembril IEEE International Electron Devices Meeting IEDM konverentsil San Franciscos, Californias, USAs.

3D-flash-mälu tehnoloogia võimaldas suurt pindalalist tihedust madala hinnaga biti kohta tänu rakukihide arvu suurendamisele, samuti mitmekihilise struktuuri ja pikaajalise söövituse rakendamisele. Viimastel aastatel, kui rakukihide arv on ületanud sada, on kompromissi leidmine söövitusprofiili kontrolli, suuruse ühtluse ja tootmise tõhususe vahel muutunud üha raskemaks ülesandeks. Selle probleemi lahendamiseks on KIOXIA välja töötanud uue poolringikujulise raku disaini, eraldades tavapärase ringikujulise raku värava väljundi, et luua väiksema ruumala ja suurema tihedusega mälu vähemate kihtidega. Ringikujuline kontrollvärav, mis tänu oma kumeruse efektile, mis parandab kandja süstimist läbi tunneldielektrikumi ja vähendab elektronide lekkeid blokeerivasse dielektrikumisse BLK , tagab laiema kirjutamisakna ja vähendab küllastumise efekti võrreldes lamedate väravatega.

Joonis. 2. FG poolringikujuliste rakkude eksperimentaalne kirjutamise/kustutamise jõudlus võrreldes CT ringikujuliste rakkudega

Selles konstruktsioonis on ringikujuline juhtvärav sümmeetriliselt jagatud kaheks poolringikujuliseks väravaks, mis parandab oluliselt kirjutamise/kustutamise dünaamikat. Nagu on näidatud joonisel. 1, kasutatakse juhtivat salvestuskihti koos suure läbilaskvusega blokeeriva dielektrikumiga, et parandada laengu püüdmise tõhusust. Selle tulemuseks on kõrge sidumistegur, mis suurendab kirjutamisakent ja vähendab ka elektronide lekkeid ujuvast väravast, kõrvaldades seega küllastumisest tingitud probleemid. Eksperimentaalsed kirjutamise/kustutamise karakteristikud joonisel. 2 näitavad, et poolringikujulised elemendid, millel on ujuvvärav FG ja suure läbilaskvusega blokeeriv dielektrikum, parandavad oluliselt kirjutamistulemusi ja võimaldavad laiemat kirjutamis- ja kustutusakent võrreldes laengulukuga CT suuremate ringikujuliste elementidega.

Pilt. 3. Modelleeritud Vt jaotused pärast kalibreeritud parameetritega salvestamist

FG poolringikujulised lahtrid, millel on paremad kirjutamis- ja kustutamisomadused, on eeldatavasti suhteliselt tiheda QLC Vt jaotusega väikeste lahtrite suuruste juures. Lisaks sellele võimaldab madala trap-kontsentratsiooniga ränikanali kasutamine salvestada rohkem kui neli bitti andmeid ühte rakku ja rakendada näiteks viie taseme rakke PLC , nagu on näidatud joonisel. 3. Need tulemused kinnitavad, et FG poolringikujulised lahtrid võivad olla praktiline lahendus ladustamistiheduse suurendamiseks.

KIOXIA uuendusliku välkmälu uurimis- ja arendustegevus hõlmab edaspidi Twin BiCS Flash tehnoloogia edasiarendamist ja selle praktilise rakendamise otsimist. KIOXIA avalikustas IEDM 2023-l veel kuus väljaannet, mis näitavad ettevõtte kõrgetasemelist teadus- ja arendustegevust välkmälu valdkonnas.