ルネサス、フィン構造SG-MONOSフラッシュメモリーの大規模動作に成功

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ルネサスエレクトロニクスは2017年12月6日、回路線幅が16/14nm世代以降のフラッシュメモリー内蔵マイコン向けにフィン構造の立体トランジスターを採用したSG-MONOSフラッシュメモリーの大規模動作に成功したと発表した。2016年12月に単体セルでの動作確認に成功した技術を前進させた。

同社では、高性能・低消費電力のロジックと大容量・高信頼性の微細不揮発メモリーの組み合わせによるマイコンの進化のため、現在量産中あるいは開発中の40/28nm世代からさらに進み、16/14nm世代のプロセスに混載できるフラッシュメモリーの開発を進めてきた。この16/14nmロジックプロセスでは、従来のプレーナ構造に代わりフィン構造を導入した立体トランジスタの採用で性能の向上と消費電力の抑制を図るのが標準となっている。

同社では、2016年12月に世界初のフィン構造SG-MONOSフラッシュメモリーセルの開発に成功した。SG-MONOSフラッシュメモリーは、メモリーセル構造技術であるMONOS(metal-oxide- nitride-oxide-silicon)をベースとして、ゲート電極を2つに分けた「スプリットゲート(SG)」構造を持つ。メモリー保持をシリコン基板面の薄いトラップ膜で行うため、3次元立体構造であるフィン構造への展開が比較的容易で、同じくフィン構造を持つ16/14nmのロジックプロセスとの親和性が高い。また優れた電荷保持特性を維持している。

このフィン構造SG-MONOSフラッシュメモリーセルを16/14nm世代以降のマイコンに内蔵する際の課題は、主にメモリーの大容量化に伴う特性のばらつきだという。今回同社では、大規模メモリーでも動作の検証に成功し、100Mバイト超のフラッシュメモリーを混載する高性能・高信頼マイコンの実現に向け前進した。

今回開発された大規模混載フラッシュメモリー技術では、フィン構造向けに成膜条件・加工条件・イオン注入条件などのプロセス条件の最適化を行った。その結果、従来の構造と比べプロセスステップ数を増やすことなくメモリーアレイの試作が可能となり、フィン構造で期待される短チャネル効果抑制やばらつき低減の効果を、アレイのレベルでも安定して得ることができた。

また、書き込み電圧を低い電圧から段階的に上昇させるステップパルス書き込み方式(ISSP)をアレイ動作に取り込み最適化を進めることで、高速書き込みと信頼性の両立を図った。その結果、従来の構造よりも高速な書き込み/消去を実現するとともに、データ保存用フラッシュメモリーで従来通りの25万回の書き換えを行った後も、書き込み/消去速度にほとんど影響がないことがわかった。

さらに、車載用途では高温下でのデータ保持特性が重要となるが、今回、書き換え動作後に160℃で10年以上の保持時間を維持、従来と同等であることを確認した。また、フィン構造の特長である急峻なしきい値電圧分布は、160℃でデータを保持した後もアレイレベルで維持されており、従来の高信頼性を維持していた。

今後同社では、今回の大規模動作実証を踏まえ、16/14nm世代のマイコンを2023年頃の実用化に向けて開発する計画だ。

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