Renesas Electronics ha anunciado el desarrollo exitoso de las primeras celdas de memoria SG-MONOS (Split-Gate Metal-Oxide Nitride Oxide Silicon, Nota 2) que emplean transistores con forma de aleta para uso en microcontroladores (MCU) con memoria flash en chip que tienen un ancho de circuito de 16 a 14 nanómetros (nm) o más fino. La tecnología SG-MONOS es fiable para su uso en aplicaciones de automoción y actualmente Renesas produce en masa MCUs de 40 nm usando esta tecnología, y se están desarrollando MCUs de 28 nm. El desarrollo exitoso muestra escalabilidad prometedora de la tecnología SG-MONOS a nodos de proceso de 16 / 14nm y más allá.
 
Los avances en la automatización automotriz, como los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y la sociedad inteligente conectada a través de la Internet de las Cosas (IoT), han creado la demanda de MCUs más avanzadas fabricados con tecnología de proceso más fina. Para atender esta demanda, Renesas ha desarrollado memorias flash integradas basadas en la tecnología 16 / 14nm, que tiene éxito con los últimos 40 / 28nm. En el proceso lógico de 16/14 nm, los transistores FinFET (Fin Field Effect Transistors), transistores con una estructura de aletas, se emplean comúnmente para lograr un rendimiento mejorado y un consumo de energía reducido para superar el límite de escala de transistores planares convencionales.
 
Sin embargo, el empleo de una estructura de aleta para la memoria flash incorporada puede convertirse en un gran desafío dependiendo de la estructura de la memoria flash. Se han propuesto y aplicado dos tipos de memorias flash integradas: "floating-gate" y "charge trap". En comparación con la memoria "floating gate", la memoria flash "charge-trap" que Renesas ha estado utilizando en los últimos años tiene características superiores de la retención de la carga y un historial probado en MCUs para automoción que requieren un alto nivel de fiabilidad. Además, dado que el material funcional de memoria se forma sobre la superficie del sustrato de silicio, son comparativamente fáciles de extender en una estructura de aleta tridimensional. Por el contrario, las células de memoria flash "floating gate" tienen una estructura compleja, por lo que es difícil integrarla en una estructura de aleta.
 
Otra ventaja de SG-MONOS sobre la estructura "floating point" es que la estructura de celda de memoria se mantiene después de reemplazar el electrodo de puerta de polisilicio ficticio con el electrodo de puerta de metal, que es el proceso usado para fabricar dispositivos CMOS lógicos avanzados con altos aisladores de puerta dieléctrica y electrodos de puerta de metal.
 
Características clave de la nueva tecnología de memoria flash incorporada:
 1) Mejora confirmada del funcionamiento de la memoria y las características del transistor debido a la estructura de la aleta
Renesas ha confirmado que el cambio en la tensión de umbral durante la programación / borrado y la velocidad de programación / borrado de las nuevas celdas de memoria SG-MONOS de estructura de aleta están dentro de los rangos previstos. En los transistores que emplean una estructura de aleta, la puerta encierra el canal, con lo que se puede mantener una gran corriente de accionamiento, incluso cuando la huella del área activa se reduce sustancialmente para aumentar la integración. Además, se ha logrado una mejora notable en la variabilidad de voltaje umbral mediante el control mejorado de la compuerta. Estos resultados indican que las celdas de memoria SG-MONOS de estructura de aleta tienen características prometedoras que contribuyen a la realización de las lecturas de alta velocidad de acceso aleatorio a frecuencias de más de 200 MHz, requeridas para la memoria flash de próxima generación, así como incrementos drásticos de la capacidad de memoria en el chip.
 
2) Desarrollo de un método de programación que mitigue la degradación del rendimiento debido a la estructura de la aleta
Cuando se utiliza una estructura de aleta, puede haber alguna degradación o deterioro por tiempo en las características del dispositivo, debido a mejoras de campo eléctrico en las puntas de las aletas. Estas mejoras de campo eléctrico son más notables al inicio e inmediatamente después de las operaciones de programación, por lo que los ingenieros de Renesas estudiaron la factibilidad de un método de programación "step pulse" en el cual el voltaje de programación se eleva gradualmente desde un nivel inferior a un nivel superior. Esta es una tecnología que ya ha sido anunciada como adoptada para la memoria empleando una estructura planar, sin embargo, en la memoria de estructura de aleta, se ha demostrado ser particularmente eficaz en la mitigación de aumentos de campo eléctrico en las puntas de las aletas. Su efectividad en la reducción efectiva de la degradación en el tiempo en las células de memoria SG-MONOS de estructura de aletas, ha sido confirmada y se han alcanzado 250.000 de programación / borrado en memoria flash para almacenamiento de datos.

3) Mantenimiento de la retención equivalente de datos a alta temperatura
La estructura de la aleta coincide con las excelentes características de retención de carga que son una característica de la memoria flash MONOS "charge trap". La duración de retención de datos, que se hace esencial en aplicaciones de automoción, es de diez años o más después de 250.000 ciclos de programa / borrado. Este es el mismo nivel de fiabilidad encontrado en tipos de memoria anteriores.
 
Los resultados descritos anteriormente indican que la memoria flash SG-MONOS puede integrarse fácilmente con un proceso lógico de estructura de aletas de última generación, que utiliza aisladores altos de puerta dieléctrica y electrodos de puerta metálicos en los nodos de 16/14 nm y más allá, permitiendo capacidades de memoria masiva en chip in el rango de los 100 MB, y haciendo posible MCUs altamente fiables con más de cuatro veces el rendimiento de procesamiento de dispositivos de 28 nm. Renesas seguirá confirmando el funcionamiento de la memoria flash de gran capacidad basada en esta tecnología, y seguirá adelante con el trabajo de desarrollo con vistas a la aplicación práctica alrededor de 2023.

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