-通過半圓形存儲單元實現3D 閃存的大容量化-
鎧俠株式會社
東京—鎧俠株式會社（Kioxia Corporation）今日宣布開發出創新的儲存單元結構“Twin BiCS FLASH”。該結構將傳統3D閃存中圓形存儲單元的柵電極分割為半圓形來縮小單元尺寸以實現高集成化。新的單元的設計中採用浮柵電荷存儲層（Floating Gate）代替電荷陷阱型電荷存儲層（Charge Trap），尺寸也比傳統的圓形單元更小。鎧俠已率先在此單元設計中實現了高寫入斜率和寬寫入/擦除窗口。同時，鎧俠也證明這種新的單元結構可應用於進一步提高容量的超多值存儲單元中。鎧俠於12月11日（當地時間）在美國舊金山舉行的IEEE國際電子器件會議(IEDM)上發表了上述成果。
截至目前，諸如BiCS FLASH TM之類的3D閃存通過增加單元的堆棧層數以實現大容量。但是，隨著單元的堆棧層數超過100層，高縱寬比的加工越來越困難。為了解決這一問題，鎧俠在新的單元結構中將常規圓形單元的柵電極分割為半圓形以減小單元尺寸，並且可以通過較少的單元堆疊層數實現更高的位密度。
得益於曲率效應，與平面單元相比，圓形存儲單元可以確保寫入窗口並有效抑制寫入飽和。新的單元結構中採用了半圓形，可以繼續利用曲率效應。此外，新的單元在電荷存儲層中採用了高電荷捕獲率的導體材料，並且在阻斷膜（BLK Film）中採用了高介電常數的絕緣材料以減少漏電流（圖1）。實驗表明，與圓形存儲單元相比，半圓形結構具有更小的單元尺寸，更高的寫入斜率和更寬的寫入/擦除窗口（圖2）。另外，仿真顯示，得益於特性的改善，尺寸更小的半圓形存儲單元預期可以取得與傳統圓形單元中4位/單元（Quadruple-Level Cell）相等同的Vt分布。同時，通過採用低陷阱矽通道，更可實現5位/單元（Penta-Level Cell）的Vt分布（圖3）。上述結果顯示，半圓形存儲單元是實現大容量超多值單元的可行方案。
今後鎧俠將繼續為該技術的實用化進行研發。此外，鎧俠正在積極推進閃存技術的研發，在此次IEDM 2019，鎧俠還發表了其他6篇論文。
[1] 來源：鎧俠株式會社，截至2019年12月12日。
Fig. 1. Fabricated semicircular FG cells (a) Cross-sectional view (b) Plane view
Fig. 2. Experimental program/erase characteristics comparing the semicircular FG cells with the circular CT cells
Fig. 3. Simulated Vt distributions after programming using calibrated parameters