富士通セミコンダクター、ロジック回路とフラッシュメモリセルを混載して製造する技術を開発

DDC(TM)テクノロジとフラッシュメモリの混載に成功
〜三重工場の低消費電力デバイス製造プロセスの適用範囲をさらに拡大〜


　富士通セミコンダクター株式会社（注１）は、当社三重工場の５５nmプロセスでDDC(TM)テクノロジを適用したロジック回路とフラッシュメモリセルとを混載して製造する技術を世界で初めて開発しました。従来のCMOS構造で超低消費電力を実現するDDCと不揮発性メモリであるフラッシュメモリとを同一チップに搭載したデバイスが可能になることで、IoTを初めとした様々な用途の製品への適用が期待されます。当社は本開発の成果について、１２月９日より１１日まで米国ワシントンDCで開催中のIEEE　International　Electronic　Device　Meeting（IEDM）２０１３にて発表します。


　各種の機器がインターネットにつながる「IoT（Internet　of　Things）」の発展に伴い、例えばワイヤレスセンサーネットワークに利用されるセンサー内蔵LSIといったデバイスの需要が高まることが予想されています。このような用途においては、低電圧動作、低消費電力の重要性に加えて、センシングしたデータを保持するのに電力を必要としない不揮発性メモリの搭載が望まれています。
　当社は、米国SuVolta，Inc．からライセンスを受け共同開発した低消費電力化技術DDC（Deeply　Depleted　Channel）テクノロジを世界で初めて実用化し、当社三重工場での生産をすでに開始しています。今回、このDDCトランジスタ搭載回路と、FLOTOX（FLOating　gate　Tunnel　OXide）構造のフラッシュメモリとを同一チップに搭載することが可能な製造技術を開発しました。

　FLOTOX構造のフラッシュメモリセル（図１）では、浮遊ゲートに電子を注入する（書き込み）、また浮遊ゲートから電子を抜き出す（消去）ことで、データの「０」と「１」を表現します。したがって、注入された電子が浮遊ゲートから漏れ出すと正しいデータが保持できなくなります。特に、書き込みと消去のサイクルを多数繰り返した後に漏れが発生する「シングルビット・チャージロス（SBCL）」は本構造の信頼性にとって最大の課題でした。このような不良を防ぐためには、FLOTOX構造を形成する「STIコーナーラウンディング」や「トンネル酸化膜形成」と呼ばれる工程において高温（〜１０００℃程度）での処理が必須だと考えられてきました。

　※図１は、添付の関連資料を参照


　一方、DDCトランジスタ（図２）は、ゲート電極の下に「Depleted　Layer」という、不純物を極低濃度に保った層を形成することがその特徴であり、このような層を形成し保持するためには、前述したような高温プロセスを使用することができない、という制約がありました。

　そこで、当社開発チームは低温プロセスのみでFLOTOXを形成することを目指しました。工程の一つ一つについて注意深く見直しを行い、チャネル領域およびソース・ドレイン電極部分の不純物濃度分布が最適となるよう調整した結果、DDCトランジスタに要求される特性は維持したまま、FLOTOX構造を形成できる処理条件を見出すことに成功しました。この新しい条件で試作した評価用チップにより、フラッシュメモリ動作の初期特性を確認するとともに、書き込み・消去サイクル後のSBCL不良の発生がなく、信頼性についても問題がないことが確認できました。
　また、この最適化の過程において、SBCLが発生するメカニズムが、従来信じられていたトンネル酸化膜への電流ストレスではなく、ドレイン近傍で発生するホットホール（注２）によって支配されている、という新たな知見を得ることができ、今後、製造プロセスのさらなる最適化へ寄与することが期待されています。

　※図２は、添付の関連資料を参照


　当社は今後も、機能・性能・コストを最適なバランスで実現する製造技術の開発を継続し、顧客製品の価値向上に貢献していきます。

　なお、本件技術の詳細については、１２月９日より１１日まで米国ワシントンDCで開催中のIEEE　International　Electron　Devices　Meeting（IEDM）２０１３において発表します。


＜商標について＞
　・記載されている製品名などの固有名詞は、各社の商標または登録商標です。


＜添付資料＞
　IEEE　International　Electron　Device　Meeting（IEDM）２０１３
　・論文（英文）

　※添付の関連資料を参照


＜注釈＞
　注１　富士通セミコンダクター株式会社：
　　　　本社　神奈川県横浜市、代表取締役社長　岡田　晴基。
　注２　ホットホール：
　　　　高いエネルギーを持った正孔（ホール）。


＜関連リンク＞
　・富士通セミコンダクター
　　http://jp.fujitsu.com/group/fsl/


＜お客様お問い合わせ先＞
　富士通セミコンダクター株式会社
　プロセス技術統括部

　お問い合わせフォーム
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以上