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» 2018年03月30日 09時30分 公開

福田昭のストレージ通信(96) STが語る車載用埋め込み不揮発性メモリ(9):マイコン大手ルネサスの埋め込みフラッシュメモリ技術 (1/2)

今回は、ルネサス エレクトロニクスのマイコン用埋め込みフラッシュメモリ技術「SG(Split Gate)-MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)」を解説する。

[福田昭,EE Times Japan]

スプリットゲートとチャージトラップを組み合わせたMONOS技術

 国際会議「IEDM」の「ショートコース(Short Course)」から、車載用の埋め込み不揮発性メモリに関する講座「Embedded Non Volatile Memories for Automotive Applications」の概要をご紹介している。講演者は半導体ベンダーSTMicroelectronics(STマイクロエレクトロニクス)のAlfonso Maurelli氏である。

 なお講演の内容だけでは説明が不十分なところがあるので、本シリーズでは読者の理解を助けるために、講演の内容を適宜、補足している。あらかじめご了承されたい。

 前回は、埋め込みフラッシュIPの大手ベンダーであるSST(Silicon Storage Technology)のメモリ技術をご紹介した。今回は、マイコン(マイクロコントローラー)の大手ベンダーであるルネサス エレクトロニクスの埋め込みフラッシュメモリ技術をご説明する。

 ルネサス エレクトロニクス(以下はルネサスと表記)が開発したマイコン用埋め込みフラッシュメモリ技術を同社は「SG(Split Gate)-MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)」と呼んでいる。SG-MONOSの特徴は大きく2つある。1つは、スプリットゲート方式であること。もう1つは、電荷の蓄積に浮遊ゲート方式ではなく、電荷捕獲(チャージトラップ)方式を採用していることである。

 SG-MONOSのスプリットゲート方式トランジスタは具体的には、ワード線ゲート電極(選択ゲート電極)と、金属ゲート電極(メモリゲート電極)を横方向に並べた構造である。そして電荷捕獲(チャージトラップ)方式トランジスタは具体的には、シリコン基板と金属ゲートの間にシリコンの酸化膜(O)/窒化膜(N)/酸化膜(O)の3層構造を作ることである。3層構造の窒化膜(N)内に高密度の電子捕獲準位を形成する。

 SG-MONOS技術によるメモリセルトランジスタの書き込み(プログラム)動作と消去(イレーズ)動作は、以下のようになる。書き込み(プログラム)には「SSI(Source Side Injection)」と呼ぶホットエレクトロン注入技術を使う。セルトランジスタのソース電極とメモリゲート電極に高い電圧を印加することで、ホットエレクトロンを基板から窒化膜(N)に注入する。

 消去(イレーズ)には「BTBT(Band-To-Band Tunneling)」と呼ぶトンネリング技術を使う。セルトランジスタのソース電極にプラスの高電圧、メモリゲート電極にマイナスの高電圧を印加することで、絶縁膜のエネルギー障壁を実効的に低くして正孔を基板から窒化膜(N)にトンネリングさせる。すると捕獲準位の電子が正孔と再結合して消滅し、蓄積電荷が消える。

SG-MONOS技術によるメモリセルトランジスタの書き込み(プログラム)動作(左)と消去(イレーズ)動作(右)。出典:STMicroelectronics(クリックで拡大)
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