專注於非揮發性記憶體(NVM)創新技術研發的旺宏電子(Macronix International),在3D NAND Flash 尺寸微縮及效能提升,又創佳績。該公司持續研究多年的創新成果,被全球視為是解決NAND Flash微縮瓶頸的重要突破,獲選為VLSI技術論壇2010年年度八篇重要焦點論文之一。
旺宏電子於2010年的VLSI國際會議上,有兩篇論文入選。其中,3D NAND Flash 研究,將自行研發的BE-SONOS 技術,搭配三維垂直閘極(3D Vertical Gate)記憶體單元結構,有助於3D NAND Flash 尺寸微縮及效能提升,因此獲選為年度重要焦點論文,也是台灣唯一研究成果獲此殊榮的公司。
NAND Flash 技術的競爭激烈,更甚DRAM。國際四大陣營包括:IMFT、Samsung、Toshiba及Hynix,於平面架構(2D Planar Memory)技術推進腳步,平均每12~15個月,即需跨越一個技術世代。回顧2007年,NAND Flash技術還在50奈米,但才幾年過去,2010年第一季,各家NAND Flash陣營已經從4x奈米、3x奈米,推進到2x奈米。往後,還能否走到1x奈米,已是巨大挑戰!
為了克服NAND Flash微縮技術瓶頸的挑戰,旺宏持續投入研發達10年的BE-SONOS技術,終於獲得重大突破。
旺宏電子總經理盧志遠指出,2007年Toshiba在VLSI技術論壇上發表了一篇石破天驚的論文,提出「一體成形」之BiCS TFT SONOS技術,該技術不但為緊箍咒似的技術瓶頸鬆綁、大幅降低製造成本,更重要的是,其「一體成形」的概念,啟發了全世界的研究團隊。
Toshiba的BiCS TFT SONOS技術突破,給旺宏BE-SONOS的技術團隊帶來莫大鼓舞,驗證了旺宏堅持多年的SONOS之路,英雄所見略同。
盧志遠總經理形容Toshiba這 「一體成形」的技術概念,是「把技術退回來,倒過一個方向,再向前進」,原本大家認為10奈米已經遭逢極限的窘境,現在卻能夠從75奈米從新來過,而這也使得NAND Flash技術之路,又展開一條新的大道!
隨後,全球各種「一體成形」的3D記憶體技術,如雨後春筍。Samsung在2009年推出TCAT及VSAT技術,Toshiba自己也進一步推出P-BiCS技術。旺宏根基於自行研發多年的BE-SONOS技術,提出的方案是,三維垂直閘極(3D VG)。
記憶體晶元是NAND Flash的基本架構,在記憶體晶元儲存電荷的位置上,FG與SONOS兩個技術最大的不同在於,FG是導體,可以讓電荷自由流動,而SONOS是絕緣體,不准電荷流動。
身為導體的FG,為了防止電荷到處流動,必須在各FG之間以二氧化矽做絕緣,相對地,SONOS自己本身既是絕緣體又是電荷儲存所,所以,SONOS可以輕易地應用到3D NAND Flash上。
善於將技術概念做深入淺出介紹的盧志遠指出,旺宏3D VG技術,採75奈米製程,就能做到跟25奈米平面浮閘(2D FG)一樣的記憶體晶元尺寸(Cell Size)。旺宏日前在VLSI展示的3D NAND Flash,採用75奈米 BE-SONOS Charge-Trapping技術,切過8層結構單元,將每個記憶體晶元尺寸,縮小到0.0014平方微米,創下全球最小的3D VG NAND 紀錄。
除了尺寸的突破,旺宏的創新技術也克服了電流垂直干擾的問題。電流以天地方向垂直流動,如果層與層之間太薄,就會產生記憶體晶元互相干擾的現象,稱之為垂直Z軸干擾(Z-interference),而這正是Samsung的TCAT及VSAT技術,以及Toshiba的P-BiCS技術,所共同面臨的問題。
旺宏的3D VG 架構,在電流的方向創新突破,讓電流呈水平橫流,一來解決上述Samsung及Toshiba三項技術電流垂直干擾的問題,二來也不必顧慮層與層之間太薄的干擾問題,可以盡量將每層做薄、把層數增高,有助於大大提升記憶體的密度,是朝向兆位元(Tera bit)大容量的重要關鍵。
除了創新研發成果獲選為年度焦點論文外,旺宏日前在VLSI發表的BE-SONOS Charge-Trapping技術,也正式被業界權威的ITRS納入 「3D NAND Flash 技術發展藍圖」。
ITRS技術發展藍圖一向是全球半導體業者共同準備製程技術的依歸,旺宏的研發成果正式被放上此藍圖,對全球半導體業技術的進步,貢獻卓越。
ITRS認可旺宏的CT-3D (Charge-Trapping 3D) 技術,還預言2012~2013年,將是從浮閘(Floating Gate)技術轉換到CT-3D 技術的過渡期,2014年起,CT-3D技術將全面接替浮閘技術,提供NAND Flash持續微縮的解決方案。
圖說:旺宏電子奈米技術研發部部經理呂函庭說:「SONOS就是泛指電荷侷限儲存元件」。
【哇-People!】關鍵字:
1. CT(Charge Trapping)元件:電荷侷限儲存元件。
一般廣義來說,SONOS 就是泛指 CT元件。
2. 何謂 BE-SONOS :原文為 “Bangap Engineered (BE) SONOS” ,
意思為 「能隙工程之電荷侷限儲存元件」,
其原理是利用能隙工程調變穿遂 (Tunneling) 電流,
用以改進快閃記憶體之性能。
BE-SONOS 解決了傳統SONOS 的問題,
提供有效率的電洞 (hole) 消除電子記憶的方法,
並提供良好的可靠度。 因為原理主要是針對
穿遂能障 (barrier) 的能隙工程,所以,
BE常常也被稱為 “barrier engineered”。