集微網消息，2016年12月7日，日本東京訊——全球領先的半導體解決方案供應商瑞薩電子株式會社（TSE：6723）今日宣布成功開發出全球首款（注1）分離閘金屬氧化氮氧化矽（SG-MONOS，注2）閃存單元，該單元採用鰭狀晶體管，用於配有電路線寬為16至14納米（nm）或更細的片上閃存的微控制器（MCU） 。SG-MONOS技術能夠可靠應用於汽車應用，瑞薩電子目前正在採用該技術量產40納米的MCU，28納米的MCU也正在研發過程中。這一成功開發表明SG-MONOS技術對16/14納米及以上的製程節點具有優異的可擴展性。
隨著高級輔助駕駛系統（ADAS）等汽車自動化方面的進步以及物聯網（IoT）連接的智能社會的發展，產生了使用更精細製程技術裝配先進MCU的需求。為滿足這一需求，瑞薩電子開發了基於16/14納米技術的嵌入式閃存，成功替代了目前最新的40/28納米技術。在16/14納米邏輯製程中，一種採用鰭狀結構的晶體管——鰭式場效應晶體管（FinFET），被廣泛用於提高性能和降低功耗，以克服傳統平面晶體管的擴展限制。
然而，根據閃存結構不同，嵌入式閃存採用鰭狀結構可能會面臨一大挑戰。目前提出和實現了兩種類型的嵌入式閃存：浮柵和電荷擷取。與浮柵閃存相比，近年來瑞薩電子一直採用的電荷擷取閃存具有更好的電荷保持特性，且在對可靠性要求較高的汽車MCU中始終表現良好。此外，由於內存功能材料是在矽襯底表面形成的，因此相對而言容易延展形成三維鰭狀結構。與之相比，浮柵閃存單元的結構複雜，因此很難將其整合到鰭狀結構中。
相較於浮柵結構，SG-MONOS具有的另一項優勢在於用金屬柵電極替代偽多晶矽柵電極後，存儲器單元結構仍然保持不變，該工藝還用於生產帶有高介電柵極絕緣層和金屬柵電極的先進邏輯CMOS設備。
瑞薩電子是全球首家成功開發出具有高擴展性鰭狀結構SG-MONOS閃存的公司，該產品將用於16/14納米及以上工藝節點的高性能和高可靠性MCU。
新開發的嵌入式閃存技術的關鍵特性：
(1) 鰭狀結構使存儲操作和晶體管特性得到顯著提升
瑞薩電子證實，在編程/擦除過程中閾值電壓的變化以及新開發的鰭狀結構SG-MONOS存儲單元的編程/清除速度均在預期範圍以內。在採用鰭狀結構的晶體管內，柵極會封閉通道，從而保持較大的驅動電流，即便為了增大集成度而顯著縮小工作區的面積。此外，通過提高柵極的可控性，顯著提高了閾值電壓的可變性。以上結果表明，鰭狀結構SG-MONOS存儲單元具有優異的特性，能夠以下一代閃存所要求的200MHz以上頻率實現高速隨機訪問讀取，同時還可以大幅提高片上存儲容量。
(2) 開發出可緩解鰭狀結構所致性能下降問題的編程方法
當使用鰭狀結構時，由於電場在鰭尖有所增強，隨著時間推移設備特性可能會出現一定退化或劣化。電場增強效果在編程操作開始時和完成後最為明顯，因此瑞薩電子對“階躍脈衝”編程法（將編程電壓逐步升高）的可行性進行了研究。該技術過去被用於採用平面結構的內存，但目前證明，其在鰭狀結構內存中對緩解鰭尖電場增強方面特別有效。經確認，對於長時間使用的鰭狀結構SG-MONOS存儲單元，該技術可以有效減少退化，而且在數據存儲閃存中編程/擦除循環次數可以達到25萬次。
(3) 提供相同的高溫數據保持特性
鰭狀結構非常適合電荷擷取MONOS閃存具有的優異電荷保持特性。對汽車應用非常重要的數據保持時間，經過25萬次編程/擦除循環後仍可達到十年或更長時間。這一水平與早期內存達到的可靠性水平相同。
上述結果表明，通過使用16/14納米節點和以上的高介電柵極絕緣層和金屬柵電極，SG-MONOS閃存可以輕鬆集成到先進的鰭狀結構邏輯製程中，從而在100兆字節（ MB）範圍內實現大容量芯片存儲，同時還能帶來高度可靠的MCU，其處理性能可以達到28納米設備的四倍以上。瑞薩電子將繼續確認基於該技術的大容量閃存的操作，並推進研發工作，力爭在2023年左右投入實際使用。
瑞薩電子秉持對汽車行業不斷創新和實現智能社會的承諾，計劃繼續開髮用於28納米節點、16/14納米節點及以上嵌入式設備的高性能、高可靠性大容量閃存。
瑞薩電子將於12月6日在2016國際電子器件會議（IEDM 2016）上宣布新開發的嵌入式閃存技術的詳細信息，該會議將於2016年12月5日至7日在美國舊金山召開。
（注1）截止至2016年12月7日。
（注2）MONOS表示金屬氧化氮氧化矽。在其結構中，每個矽基上的晶體管（存儲單元）都由氧化物、氮化物以及氧化物三層組成，且在頂部設有金屬控制閘級。瑞薩電子在採用MONOS閃存技術製造智能卡芯片方面擁有二十多年經驗。基於這一優異的成績，瑞薩電子通過開發SG-MONOS分離閘（SG）結構成功擴展了這項技術。這種新型SG-MONOS閃存嵌入在瑞薩電子微控制器內，能夠實現高可靠性、高速以及低功耗的功能。
關於瑞薩電子株式會社
瑞薩電子株式會社（TSE：6723），為客戶提供專業可信的創新嵌入式設計和完整的半導體解決方案，旨在通過使用其產品的數十億聯網智能設備安全可靠地改善人們的工作和生活方式。作為全球首屈一指的微控制器供應商、模擬功率器件和SoC產品的領導者，瑞薩電子為汽車、工業、家居(HE)、辦公自動化(OA)、信息通信技術(ICT)等各種應用提供專業的技術支持、品質保證和綜合的解決方案，期待與您攜手共創無限未來。更多信息，敬請訪問renesas.com。
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