Os avanços na automação automóvel, como os Sistemas Avançados de Assistência ao Condutor (ADAS) e a sociedade inteligente ligada pela Internet das Coisas (IoT), criaram uma procura por microcontroladores (MCUs) mais avançados, fabricados com tecnologia de processo mais refinada. Para satisfazer esta procura, a Renesas desenvolveu memórias flash incorporadas baseadas na tecnologia de 16/14 nm, que obteve sucesso com a mais recente tecnologia de 40/28 nm. No processo lógico de 16/14 nm, os FinFETs (Transistores de Efeito de Campo com Aletas), transístores com estrutura aletada, são comummente utilizados para alcançar um melhor desempenho e um menor consumo de energia, ultrapassando a limitação de escala dos transístores planares convencionais.
No entanto, empregar uma estrutura de alhetas para memória flash incorporada pode ser bastante desafiante, dependendo da estrutura da memória flash. Foram propostos e implementados dois tipos de memória flash incorporada: de porta flutuante e de armadilha de carga. Comparada com a memória de porta flutuante, a memória flash de armadilha de carga que a Renesas tem vindo a utilizar nos últimos anos apresenta características superiores de retenção de carga e um historial comprovado em microcontroladores automóveis que exigem um elevado nível de fiabilidade. Além disso, como o material funcional da memória é formado na superfície do substrato de silício, é relativamente fácil estendê-lo numa estrutura de alhetas tridimensional. Em contraste, as células de memória flash de porta flutuante possuem uma estrutura complexa, o que dificulta a sua integração numa estrutura de alhetas.
Outra vantagem do SG-MONOS em relação à estrutura de "ponto flutuante" é que a estrutura da célula de memória é mantida após a substituição do elétrodo de porta de polisilício fictício pelo elétrodo de porta metálico, que é o processo utilizado para fabricar dispositivos CMOS de lógica avançada com isolantes de porta de alta constante dielétrica e elétrodos de porta metálicos.
Principais características da nova tecnologia de memória flash integrada:
1) Melhoria comprovada no desempenho da memória e nas características dos transístores devido à estrutura das alhetas
A Renesas confirmou que a variação da tensão de limiar durante a programação/apagamento e a velocidade de programação/apagamento das novas células de memória aletadas SG-MONOS estão dentro dos intervalos esperados. Nos transístores que utilizam uma estrutura aletada, o gate envolve o canal, permitindo a manutenção de uma elevada corrente de acionamento mesmo quando a área ativa é substancialmente reduzida para aumentar a integração. Além disso, foi conseguida uma melhoria significativa na variabilidade da tensão de limiar através de um controlo de gate melhorado. Estes resultados indicam que as células de memória aletada SG-MONOS possuem características promissoras que contribuem para alcançar as leituras de acesso aleatório de alta velocidade a frequências superiores a 200 MHz necessárias para a memória flash de próxima geração, bem como aumentos drásticos na capacidade de memória on-chip.
2) Desenvolvimento de um método de programação que atenue a degradação do desempenho devido à estrutura da aleta
Ao utilizar uma estrutura de alhetas, pode ocorrer alguma degradação ou deterioração das características do dispositivo ao longo do tempo devido ao aumento do campo elétrico nas extremidades das alhetas. Estes aumentos de campo elétrico são mais notórios no arranque e imediatamente após as operações de programação. Por conseguinte, os engenheiros da Renesas estudaram a viabilidade de um método de programação por "pulso escalonado", no qual a tensão de programação é aumentada gradualmente de um nível inferior para um superior. Esta tecnologia já foi anunciada para utilização em memórias com estrutura planar; no entanto, em memórias com estrutura de alhetas, mostrou-se particularmente eficaz na mitigação do aumento do campo elétrico nas extremidades das alhetas. A sua eficácia na redução da degradação ao longo do tempo em células de memória com estrutura de alhetas SG-MONOS foi confirmada, e foram alcançados 250.000 ciclos de programação/apagamento em memória flash para armazenamento de dados.
3) Manutenção da retenção de dados equivalente a altas temperaturas:
A estrutura de alhetas corresponde às excelentes características de retenção de carga que são uma marca da memória flash MONOS com "armadilha de carga". A vida útil de retenção de dados, essencial em aplicações automóveis, é de dez anos ou mais após 250.000 ciclos de programação/apagamento. Este é o mesmo nível de fiabilidade encontrado nos tipos de memória anteriores.
Os resultados descritos acima indicam que a memória flash SG-MONOS pode ser facilmente integrada num processo lógico de estrutura de alhetas de última geração, que utiliza isoladores de porta dielétricos de alta constante dielétrica e elétrodos de porta metálicos em nós de 16/14 nm e mais, possibilitando capacidades de memória on-chip massivas na gama de 100 MB e tornando possíveis MCUs altamente fiáveis com mais de quatro vezes o desempenho de processamento de dispositivos de 28 nm. A Renesas continuará a confirmar a funcionalidade da memória flash de alta capacidade baseada nesta tecnologia e prosseguirá com o trabalho de desenvolvimento visando a aplicação prática por volta de 2023.
