KIOXIA desarrolla una nueva estructura de célula Twin BiCS Flash

KIOXIA Europe GmbH ha anunciado el desarrollo de la primera tecnología de memoria flash de puerta dividida semicircular del mundo basada en una estructura de celdas de puerta flotante FG : Twin BiCS Flash. La nueva estructura ofrece un mayor rendimiento de escritura y una ventana de escritura/borrado más amplia con un tamaño mucho menor que el de las células circulares tradicionales de trampa de carga CT .

Fig. 1. Células FG semicirculares formadas: a – sección transversal; b – vista superior

Debido a estas características, el nuevo diseño de celdas se considera una solución prometedora, que supera a la tecnología de almacenamiento de cuatro bits por celda QLC y permite densidades de almacenamiento significativamente mayores y un menor número de capas. Nueva tecnología presentada en la conferencia IEEE International Electron Devices Meeting IEDM en San Francisco, California, EE.UU., el 11 de diciembre.

La tecnología de las memorias flash 3D ha permitido alcanzar altas densidades de grabación a bajo coste por bit gracias al aumento del número de capas de las celdas y a la implementación de una estructura multicapa y un grabado de larga duración. Con más de un centenar de capas de celdas en los últimos años, encontrar un compromiso entre el control del perfil de grabado, la uniformidad del tamaño y la eficiencia de la producción se ha convertido en un reto cada vez mayor. Para solucionar este problema, KIOXIA ha desarrollado un nuevo diseño de célula semicircular dividiendo la salida de la puerta en una célula circular tradicional para reducir el tamaño y crear una memoria de mayor densidad con menos capas. La puerta de control circular con efecto de curvatura que mejora la inyección de portadores a través del dieléctrico de túnel y reduce la fuga de electrones hacia el dieléctrico de bloqueo BLK proporciona una ventana de escritura más amplia y reduce el efecto de saturación en comparación con la puerta plana.

Figura. 2. Rendimiento experimental de escritura/borrado de las celdas FG semicirculares en comparación con las celdas CT circulares

En este diseño, la puerta de control circular se divide simétricamente en dos puertas de control semicirculares, lo que mejora significativamente la dinámica de escritura/borrado. Como se ilustra en la fig. 1, se utiliza una capa de almacenamiento conductora combinada con un dieléctrico de bloqueo de alta permeabilidad para mejorar la eficiencia de captura de carga. El resultado es un alto factor de acoplamiento para maximizar la ventana de grabación y minimizar las fugas de electrones de la puerta flotante, eliminando así los problemas causados por la saturación. Rendimiento experimental de escritura/borrado. 2 muestran que las células semicirculares con una puerta flotante FG y un dieléctrico de bloqueo de alta permeabilidad proporcionan una mejora significativa en el rendimiento de escritura y una ventana de escritura/borrado más amplia en comparación con las células de trampa de carga CT redondas más grandes.

Figura. 3. Distribuciones Vt simuladas tras la escritura con parámetros calibrados

Se espera que las celdas semicirculares FG, que tienen un mejor rendimiento de escritura/borrado, tengan una distribución QLC Vt relativamente densa en tamaños de celda pequeños. Además, el canal de silicio de baja concentración de trampas permite el almacenamiento de más de cuatro bits de datos en una sola célula y la implementación de, por ejemplo, una célula de cinco niveles PLC como se muestra en la figura. 3. Estos resultados confirman que las celdas semicirculares FG pueden ser una solución práctica para mayores densidades de almacenamiento.

A partir de ahora, la investigación y el desarrollo de memorias flash innovadoras de KIOXIA incluirán un mayor desarrollo de la tecnología Twin BiCS Flash y la búsqueda de aplicaciones prácticas. KIOXIA también presentó otras seis publicaciones en IEDM 2023, lo que demuestra la fuerte actividad de investigación y desarrollo de la compañía en la memoria flash.