La mémoire Flash Twin BiCS offre une pente de programmation supérieure et une fenêtre de programmation/effacement plus large, le tout dans une cellule beaucoup plus compacte que les cellules à piège de charge circulaire (CT) classiques. Ces atouts font de cette nouvelle conception de cellule une candidate prometteuse pour dépasser les quatre bits par cellule (QLC) et permettre ainsi une densité de mémoire nettement plus élevée et un nombre réduit de couches empilées. Cette technologie a été présentée lors de la conférence IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) qui s'est tenue à San Francisco, en Californie, le 11 décembre.
La technologie de mémoire flash 3D a permis d'atteindre une densité de bits élevée à faible coût par bit grâce à l'augmentation du nombre de couches de cellules empilées et à la mise en œuvre d'un dépôt multicouche et d'une gravure à rapport d'aspect élevé. Ces dernières années, le nombre de couches de cellules ayant dépassé 100, la gestion des compromis entre le contrôle du profil de gravure, l'uniformité des dimensions et la productivité est devenue de plus en plus complexe. Pour relever ce défi, KIOXIA a développé une nouvelle conception de cellule semi-circulaire en divisant l'électrode de grille dans la cellule circulaire conventionnelle. Cette conception réduit la taille de la cellule par rapport à une cellule circulaire conventionnelle, permettant ainsi une mémoire à plus haute densité avec un nombre réduit de couches.
La grille de commande circulaire offre une fenêtre de programmation plus large et réduit les problèmes de saturation par rapport à une grille plane, grâce à l'effet de courbure. L'injection de porteurs à travers le diélectrique tunnel est améliorée tandis que les fuites d'électrons vers le diélectrique de bloc (BLK) sont réduites. Dans cette cellule à grille divisée, la grille de commande circulaire est symétriquement divisée en deux grilles semi-circulaires afin de tirer parti de l'amélioration significative de la dynamique de programmation/effacement. Comme illustré sur la figure 1, la couche de stockage conductrice, associée à un diélectrique BLK à constante diélectrique élevée (high-k), assure une capture de charge efficace. On obtient ainsi un rapport de couplage élevé, ce qui maximise la fenêtre de programmation et réduit les fuites d'électrons de la grille, atténuant ainsi le problème de saturation.
Les caractéristiques de programmation/effacement expérimentales présentées sur la figure 2 révèlent que les cellules FG semi-circulaires à couche BLK à constante diélectrique élevée (high-k) présentent des gains significatifs en termes de pente de programmation et de fenêtre de programmation/effacement par rapport aux cellules CT circulaires de plus grande taille. Grâce à leurs caractéristiques de programmation/effacement supérieures, les cellules FG semi-circulaires devraient permettre d'obtenir des distributions de tension de seuil (Vt) QLC relativement étroites, même avec une taille de cellule réduite. De plus, l'intégration du canal en silicium à faible piège permet d'intégrer plus de quatre bits par cellule, par exemple une cellule PLC (Penta-Level Cell), comme illustré sur la figure 3. Ces résultats confirment que les cellules FG semi-circulaires constituent une option viable pour atteindre une densité de bits plus élevée.
À l'avenir, les efforts de recherche et développement de KIOXIA axés sur l'innovation en matière de mémoire flash comprendront la poursuite du développement de Twin BiCS FLASH et l'exploration de ses applications pratiques. Lors du salon IEDM 2019, KIOXIA a également annoncé la publication de six autres articles illustrant ses activités intensives de R&D dans le domaine de la mémoire flash.
Notes :
[1] Source : KIOXIA Corporation, au 12 décembre 2019.
