發布日期：2022-07-15 點擊率：63
對IC中代碼和數據的可重寫能力的需求為嵌入式閃存技術帶來發展機遇。本文介紹了可實現“多代工廠設計轉移”的非易失性存儲器(NVM)技術與邏輯工藝兼容以及減輕其復雜性、成品率、設計可靠性等問題的注意事項和解決辦法。
隨著深亞微米CMOS工藝技術的進步,功能更豐富的集成硅器件在消費類電子產品、高級通信與網絡系統、計算機以及服務器等所有電子系統中得到了廣泛應用。
電子產品對性能與功能的需求一直在不斷增長,而提高性能與功能的關鍵因素之一是代碼和數據的可重寫能力。存儲在各種IC器件中的操作系統與應用程序代碼以及可配置或個性化代碼的規模將越來越龐大,而且要求系統具備對它們進行現場升級的能力。
此外,各種類型的數據都要求具有非易失性。隨著系統的尺寸變得越來越小,便攜性變得越來越高,各種傳統的旋轉式磁存儲介質正在逐漸退出舞臺,取而代之的是硅可編程器件。這種趨勢給閃存或嵌入式閃存帶來極大的機遇。問題是嵌入式閃存技術是否已準備就緒,以滿足這些需求,并與未來不斷增長的需求保持同步發展。
除了功能、性能、成本、尺寸、功耗和可靠性等一些傳統的考慮因素外,將閃存集成到復雜多功能設計的系統級芯片(IP模塊支持D1分辨率" target=_blank>SoC)中還受到兩個因素的驅使,即邏輯兼容的、可復用的嵌入式閃存技術IP以及可以從多個來源獲取這些IP的便利性。
因為晶圓廠的建造成本至少需要10到20億美元,后續的設備投資又需要數億美元,大多數公司發現這是一筆無法承受的費用。由于這些原因,業界非常渴望同一種工藝技術能夠有多個來源。對于使用大型IP模塊的設計來說,能夠把設計從一家代工廠轉移到另一家代工廠進行生產顯得特別重要。正因為如此,可從多家晶圓代工廠獲得、并可向電路設計師提供所需靈活性的非易失性存儲器(NVM)技術自然將成為業界的標準。
事實上,可復用的現成IP是代工可轉移的關鍵。為了實現這個目標,許多公司開始聯合開發產品、共享IP和安排許可證,從而導致新產品、新IP和新標準不斷涌現。
更重要的是,“多代工廠設計轉移”策略的成功將取決于NVM與邏輯工藝的兼容程度以及NVM工藝可能會給特定代工廠增添的復雜程度。一旦兼容性問題得到解決,對成品率和設計的魯棒性進行評估也是很重要的工作。
一般來說,典型的快閃存儲器工藝會增加構建系統級芯片的復雜性,因為需要引入用于電荷存儲和保持的浮動柵(floating gate)、高壓晶體管以及將所需高壓分配到存儲陣列的設計；此外,還帶來了解碼、感測、時序電路和存儲在狀態機中的算法等方面的復雜性。
在深亞微米領域(微米以下),與產量無關的工具成本在總制造成本中占據了相當大的一部分,而硅片、封裝和測試等與產量有關的成本構成了總成本的另一個部分。隨著工具成本的增加,可重構IC變成一種有吸引力的方案,因為它能夠通過簡單地修改代碼以生成瞄準特定應用的產品。由于任何非一致性的IC都會增加制造成本,所以可再編程NVM的成品率、易用性和易調試性就變成極其重要的考慮因素。
對于復雜的邏輯工藝,除了增強性能、增加功能、減小占位面積和節省功耗等因素之外,可再編程性已經成為設計者考慮集成的主要誘因之一。隨著閃存的開銷成本下降,決策曲線的交叉點向有利于SoC集成的方向移動。工藝開銷成本與硅的利用率(設計開銷成本)決定了給定嵌入式閃存技術的交叉點。因此,設計師需要評估閃存架構及其對目標邏輯工藝的影響。
這種集成的副作用是會影響成品率。成品率是閃存和其它集成元件的集合函數。顯然,閃存的瑕疵越少,成品率越高。高成品率是通過低開銷的附加工藝、低開銷的簡化設計、魯棒的可測試能力和可靠性、較高的硅利用率以及迅速有效解決問題的能力而獲得的。例如,在多層柵(stacked-gate)的可再編程NVM中,極薄的隧道(或浮動柵)氧化物更容易引起成品率下降,并使后期制造出現可靠性問題。
典型情況下,必須為糾錯電路、用于算法操作的狀態機以及類似技術設計更高的智能,以減輕成品率和可靠性問題。但這些技術具有明顯的缺點,例如更大的硅片面積、更多需要調試的電路、更長的測試時間以及更大的功耗等。因此,設計師需要全面評估影響邏輯工藝成品率的所有因素。事實上,設計可能具備轉移到其它代工廠生產的能力,但因為成品率不同,所以限制了設計師對代工伙伴的選擇。
諸如SST的NVM單元等非傳統單元設計是邏輯兼容的。例如,SuperFlash的分割門(split-gate)單元設計造就了靈活的架構,只需少量的簡單外圍電路就能支持存儲器操作,而無需任何狀態機或算法操作。
本質上,這種技術是基于厚氧化物。耦合(浮動)柵氧化物從來不會因高電場強度而受損,因此這種器件在使用壽命內都能保持可靠性。因為更簡單的設計能夠簡化調試工作、縮短測試時間和加快生產時間,所以這種技術可以減少SoC的開發時間和成本。
作者:Sohrab Kianian
技術許可與業務發展部高級總監
Silicon Storage Technology公司
