瑞萨电子宣布为16/14纳米及以上工艺节点的高性能、高可靠性微控制器开发出全球首款鳍状MONOS闪存单元，可将高密度嵌入式闪存嵌入最先进的高性能逻辑制程
12月7日，全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社（TSE：6723）今日宣布成功开发出全球首款分离闸金属氧化氮氧化硅（SG-MONOS）闪存单元，该单元采用鳍状晶体管，用于配有电路线宽为16至14纳米（nm）或更细的片上闪存的微控制器（MCU）。SG-MONOS技术能够可靠应用于汽车应用，瑞萨电子目前正在采用该技术量产40纳米的MCU，28纳米的MCU也正在研发过程中。这一成功开发表明SG-MONOS技术对16/14纳米及以上的制程节点具有优异的可扩展性。
 
随着高级辅助驾驶系统（ADAS）等汽车自动化方面的进步以及物联网（IoT）连接的智能社会的发展，产生了使用更精细制程技术装配先进MCU的需求。为满足这一需求，瑞萨电子开发了基于16/14纳米技术的嵌入式闪存，成功替代了目前最新的40/28纳米技术。在16/14纳米逻辑制程中，一种采用鳍状结构的晶体管——鳍式场效应晶体管（FinFET），被广泛用于提高性能和降低功耗，以克服传统平面晶体管的扩展限制。
 
然而，根据闪存结构不同，嵌入式闪存采用鳍状结构可能会面临一大挑战。目前提出和实现了两种类型的嵌入式闪存：浮栅和电荷撷取。与浮栅闪存相比，近年来瑞萨电子一直采用的电荷撷取闪存具有更好的电荷保持特性，且在对可靠性要求较高的汽车MCU中始终表现良好。此外，由于内存功能材料是在硅衬底表面形成的，因此相对而言容易延展形成三维鳍状结构。与之相比，浮栅闪存单元的结构复杂，因此很难将其整合到鳍状结构中。
 
相较于浮栅结构，SG-MONOS具有的另一项优势在于用金属栅电极替代伪多晶硅栅电极后，存储器单元结构仍然保持不变，该工艺还用于生产带有高介电栅极绝缘层和金属栅电极的先进逻辑CMOS设备。
 
瑞萨电子是全球首家成功开发出具有高扩展性鳍状结构SG-MONOS闪存的公司，该产品将用于16/14纳米及以上工艺节点的高性能和高可靠性MCU。
 
新开发的嵌入式闪存技术的关键特性：
 (1) 鳍状结构使存储操作和晶体管特性得到显著提升
瑞萨电子证实，在编程/擦除过程中阈值电压的变化以及新开发的鳍状结构SG-MONOS存储单元的编程/清除速度均在预期范围以内。在采用鳍状结构的晶体管内，栅极会封闭通道，从而保持较大的驱动电流，即便为了增大集成度而显著缩小工作区的面积。此外，通过提高栅极的可控性，显著提高了阈值电压的可变性。以上结果表明，鳍状结构SG-MONOS存储单元具有优异的特性，能够以下一代闪存所要求的200MHz以上频率实现高速随机访问读取，同时还可以大幅提高片上存储容量。
 
(2)开发出可缓解鳍状结构所致性能下降问题的编程方法
当使用鳍状结构时，由于电场在鳍尖有所增强，随着时间推移设备特性可能会出现一定退化或劣化。电场增强效果在编程操作开始时和完成后最为明显，因此瑞萨电子对“阶跃脉冲”编程法（将编程电压逐步升高）的可行性进行了研究。该技术过去被用于采用平面结构的内存，但目前证明，其在鳍状结构内存中对缓解鳍尖电场增强方面特别有效。经确认，对于长时间使用的鳍状结构SG-MONOS存储单元，该技术可以有效减少退化，而且在数据存储闪存中编程/擦除循环次数可以达到25万次。
 
(3)提供相同的高温数据保持特性
鳍状结构非常适合电荷撷取MONOS闪存具有的优异电荷保持特性。对汽车应用非常重要的数据保持时间，经过25万次编程/擦除循环后仍可达到十年或更长时间。这一水平与早期内存达到的可靠性水平相同。
 
上述结果表明，通过使用16/14纳米节点和以上的高介电栅极绝缘层和金属栅电极，SG-MONOS闪存可以轻松集成到先进的鳍状结构逻辑制程中，从而在100兆字节（MB）范围内实现大容量芯片存储，同时还能带来高度可靠的MCU，其处理性能可以达到28纳米设备的四倍以上。瑞萨电子将继续确认基于该技术的大容量闪存的操作，并推进研发工作，力争在2023年左右投入实际使用。
 
瑞萨电子秉持对汽车行业不断创新和实现智能社会的承诺，计划继续开发用于28纳米节点、16/14纳米节点及以上嵌入式设备的高性能、高可靠性大容量闪存。
 
瑞萨电子将于12月6日在2016国际电子器件会议（IEDM 2016）上宣布新开发的嵌入式闪存技术的详细信息，该会议将于2016年12月5日至7日在美国旧金山召开。