KIOXIA Europe GmbH ha annunciato lo sviluppo della prima tecnologia di memoria flash tridimensionale split-gate al mondo, basata su una speciale struttura di celle semicircolari floating-gate FG : Twin BiCS Flash. La nuova struttura offre migliori prestazioni di scrittura e una finestra di scrittura/cancellazione più ampia con dimensioni significativamente più ridotte rispetto alle tradizionali celle a trappola di carica CT rotonde.
Il riso. 1. Celle FG semicircolari formate: a – sezione trasversale; b – vista dall’alto
Grazie a queste caratteristiche, il nuovo design delle celle è considerato una soluzione a prova di futuro, in grado di superare la tecnologia di archiviazione a quattro bit per cella QLC e di consentire densità di archiviazione significativamente più elevate e un minor numero di strati. La nuova tecnologia è stata presentata l’11 dicembre alla conferenza IEEE International Electron Devices Meeting IEDM di San Francisco, California, USA.
La tecnologia delle memorie flash 3D ha permesso di raggiungere alte densità di registrazione a basso costo per bit di dati, aumentando il numero di strati di celle e implementando una struttura multistrato e l’incisione a lungo raggio. Negli ultimi anni, poiché il numero di strati di celle ha superato il centinaio, è diventato sempre più difficile trovare un compromesso tra la gestione del profilo di incisione, l’uniformità delle dimensioni e l’efficienza della produzione. Per affrontare questa sfida, KIOXIA ha sviluppato un nuovo design di cella semicircolare separando l’uscita del gate in una cella circolare tradizionale per ridurre le dimensioni e creare una memoria a più alta densità con meno strati. Il gate di controllo circolare, grazie al suo effetto di curvatura che migliora l’iniezione di portatori attraverso il dielettrico di tunnel e riduce la dispersione di elettroni nel dielettrico di blocco BLK , offre una finestra di scrittura più ampia e riduce gli effetti della saturazione rispetto a un gate piatto.
Fig. 2. Prestazioni sperimentali di scrittura/cancellazione delle celle semicircolari FG rispetto alle celle rotonde CT
In questo progetto, il gate di controllo circolare è diviso simmetricamente in due gate semicircolari, il che migliora significativamente la dinamica di scrittura/cancellazione. Come mostrato nella Fig. 1, uno strato di accumulo conduttivo combinato con un dielettrico bloccante ad alta permeabilità viene utilizzato per migliorare l’efficienza di cattura della carica. Il risultato è un elevato coefficiente di accoppiamento che aumenta la finestra di scrittura e riduce la perdita di elettroni dal gate flottante, eliminando così i problemi causati dalla saturazione. Caratteristiche sperimentali di scrittura/cancellazione in Fig. 2 mostra che le celle semicircolari con gate flottante FG e dielettrico di blocco ad alta permeabilità forniscono un miglioramento significativo delle prestazioni di scrittura e una finestra di scrittura/cancellazione più ampia rispetto alle celle circolari con una trappola di carica CT più grande.
Il riso. 3. Distribuzioni Vt simulate dopo la registrazione con parametri calibrati
Le celle semicircolari FG con migliori prestazioni di scrittura/cancellazione dovrebbero avere una distribuzione QLC Vt relativamente densa a celle di piccole dimensioni. Inoltre, l’uso di un canale di silicio con una bassa concentrazione di trappole consente di memorizzare più di quattro bit di dati in una singola cella e di implementare, ad esempio, cinque celle di livello PLC , come illustrato nella figura. 3. Questi risultati confermano che le celle FG semicircolari possono rappresentare una soluzione pratica per aumentare la densità di memorizzazione dei dati.
D’ora in poi, la ricerca e lo sviluppo di memorie flash innovative di KIOXIA comprenderà l’ulteriore sviluppo della tecnologia Twin BiCS Flash e la sua applicazione pratica. KIOXIA ha presentato anche altre sei pubblicazioni a IEDM 2023, a dimostrazione dell’alto livello di attività di ricerca e sviluppo dell’azienda nel campo delle memorie flash.
Cosa rende la nuova struttura della cella Twin BiCS Flash di KIOXIA così innovativa e quali benefici apporterà alle prestazioni delle memorie flash?
La nuova struttura della cella Twin BiCS Flash di KIOXIA è innovativa perché consente di aumentare la densità di memorizzazione dei dati all’interno della cella stessa, riducendo allo stesso tempo le dimensioni e i costi di produzione. Questo porta a una maggiore capacità di archiviazione e a prestazioni migliorate delle memorie flash, permettendo un accesso più veloce ai dati e una maggiore efficienza energetica. Inoltre, la nuova struttura fornisce una maggiore affidabilità e resistenza alle celle di memoria, garantendo una maggiore durata nel tempo.