KIOXIA développe une nouvelle structure de cellule Twin BiCS Flash

KIOXIA Europe GmbH a annoncé le développement de la première technologie de mémoire flash semi-circulaire 3D à grille divisée au monde, basée sur une structure de cellules semi-circulaires spéciales à grille flottante FG – Twin BiCS Flash. La nouvelle structure offre de meilleures performances d’écriture et une fenêtre d’écriture/effacement plus large avec un encombrement nettement inférieur à celui des cellules à piège de charge CT circulaires traditionnelles.

Fig. 1. Cellules FG semi-circulaires formées : a – vue en coupe transversale ; b – vue de dessus

Grâce à ces caractéristiques, la nouvelle conception de la cellule est considérée comme une solution d’avenir qui surpasse la technologie de stockage à quatre bits par cellule QLC et permet des densités de stockage nettement plus élevées et un nombre réduit de couches. Cette nouvelle technologie a été dévoilée lors de la conférence IEEE International Electron Devices Meeting IEDM à San Francisco, en Californie, le 11 décembre.

La technologie de mémoire flash 3D a permis d’atteindre une densité d’écriture élevée à un faible coût par bit de données en augmentant le nombre de couches de cellules, ainsi qu’en mettant en œuvre une structure multicouche et une gravure à forte élongation. Ces dernières années, le nombre de couches de cellules ayant dépassé la centaine, il est devenu de plus en plus difficile de trouver un compromis entre le contrôle du profil de gravure, l’uniformité de la taille et l’efficacité de la production. Pour relever ce défi, KIOXIA a développé une nouvelle conception de cellule semi-circulaire en divisant la sortie de grille dans une cellule ronde traditionnelle pour réduire la taille et créer une mémoire de plus haute densité avec moins de couches. La porte de contrôle circulaire, en raison de l’effet de courbure, améliore l’injection de porteurs à travers le diélectrique à effet tunnel et réduit la fuite d’électrons dans le diélectrique de blocage BLK . Elle offre une fenêtre d’écriture plus large et réduit l’effet de saturation par rapport à une porte plate.

Fig. 2. Performances expérimentales d’écriture/effacement du FG semi-circulaire par rapport au CT circulaire

Dans cette conception, la porte de contrôle circulaire est divisée symétriquement en deux portes semi-circulaires, ce qui améliore considérablement la dynamique d’écriture/effacement. Comme le montre la Fig. 1, une couche de stockage conductrice combinée à un diélectrique de blocage à haute perméabilité est utilisée pour augmenter l’efficacité de la capture des charges. Le résultat est un facteur de couplage élevé pour augmenter la fenêtre d’écriture et une réduction des fuites d’électrons de la grille flottante, éliminant ainsi les problèmes causés par la saturation. Les caractéristiques expérimentales d’écriture/effacement présentées dans la Fig. 2 montre que les cellules semi-circulaires à grille flottante FG et diélectrique de blocage à haute perméabilité offrent une amélioration significative des performances d’écriture et des fenêtres d’écriture/effacement plus larges par rapport aux cellules rondes à piège de charge CT plus grandes.

Fig. 3. Distributions Vt modélisées après enregistrement avec des paramètres calibrés

Les cellules semi-circulaires FG, qui offrent de meilleures performances en matière d’écriture/effacement, devraient présenter une distribution Vt QLC relativement dense pour les cellules de petite taille. En outre, l’utilisation d’un canal en silicium avec une faible concentration de pièges permet de stocker plus de quatre bits de données dans une seule cellule et de réaliser, par exemple, des cellules à cinq couches PLC , comme le montre la fig. 3. Ces résultats confirment que les cellules FG semi-circulaires peuvent constituer une solution pratique pour accroître les densités de stockage.

Désormais, la recherche et le développement de mémoires flash innovantes de KIOXIA comprendront la poursuite du développement de la technologie Twin BiCS Flash et la recherche d’applications pratiques. À l’IEDM 2023, KIOXIA a également présenté six autres publications démontrant la forte activité de recherche et développement de l’entreprise dans le domaine de la mémoire flash.