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28nm HKMG非易失性存储器的反熔丝解决方案

上网日期: 2011年12月12日 ?? 作者: Andre Hassan ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:反熔丝? 伪闪存? 电熔丝?

作者:Andre Hassan

Kilopass Technology公司

随着2012年28nm高K值金属栅(HKMG)半导体生产的迅猛增长,系统级芯片(SoC)设计师将受到硅面积和经济刺激而在片上集成更多的功能。非易失性存储器(NVM)尽管有许多优势,但一直是片上集成面临的挑战之一。采用更小的工艺尺寸特别是28nm HKMG集成闪存、伪闪存电熔丝(e-fuse)等NVM面临的挑战将被反熔丝解决方案有效解决。

替代性的嵌入式NVM解决方案

最常见的非易失性存储器(NVM)也许是可擦写的多次可编程(MTP)嵌入式闪存。第二种NVM是伪闪存,仅提供一次或少量几次可编程(OTP/FTP)的存储器。第三种提供OTP的NVM是电熔丝(电可编程嵌入式熔丝)。这种存储器可吹出一条金属或聚乙烯链路用于存储数据位。第四种同样具有OTP属性的NVM是反熔丝存储器,这种存储器在制造时是空的,可以通过使用栅极氧化物击穿技术创建一条低阻传导路径来编程为1。

将闪存集成到芯片上带来的好处是以增加将闪存合并到逻辑工艺所需的步骤为代价的。因此嵌入式闪存工艺通常要比目前先进的逻辑工艺落后三代。整合闪存和逻辑工艺开始于90nm,而标准逻辑工艺已经在28nm展开规模生产。作为一般经验,逻辑-闪存工艺的整合将给晶圆增加30%至40%的额外成本。因此,当集成的闪存超过总裸片面积的50%时,使用嵌入式闪存工艺才有意义。

MTP闪存的一种变化是少量几次可编程(FTP)和一次可编程的伪闪存,这种闪存使用浮动栅捕获电子。它的实现工艺步骤要比闪存少,但面临同样的缩放挑战。与合并工艺后的闪存一样,由于具有更高的先进工艺氧化物泄漏,这种伪闪存也无法采用先进的工艺技术节点。

另外一种OTP解决方案是电熔丝。电熔丝具有采用标准逻辑工艺实现的优势。代工厂向SoC设计师提供的电熔丝是有标称电荷的,这是代工厂增加的一个步骤,因为芯片必须重新设计才能使用另外一家代工厂的电熔丝。对于要求小容量NVM存储(4kbit或以下)的大批量应用而言,电熔丝提供了40nm和40nm以上工艺节点的优秀解决方案。如果应用需要较大的容量,增加额外例程所需的面积成本开始上升。在采用28nm HKMG工艺时,电熔丝不是最优解决方案,特别是当使用金属制造熔丝链路时。

反熔丝的好处

反熔丝是另外一种OTP形式的NVM存储技术,与闪存和伪闪存相比,它的优势在于完全兼容标准逻辑工艺,并且很容易随每代新工艺进行缩放。反熔丝技术具有独特的一些性能,是要求使用更小工艺尺寸的高增长应用的理想之选:

1 建立在标准逻辑工艺基础之上,使用ASIC操作流程

2 防篡改,支持安全数据存储

3 宽广泛的存储容量选项

4 扩展工作温度范围,非常适合汽车或工业应用

如图1所示,为了写入数据,有个提升了的电压施加到2T单元上,致使栅极氧化物被击穿,如图中的绿色圆圈中所示。这种击穿会将开路转换为低阻路径。这种氧化物击穿很难用传统的反向工程方法与技术检测,不要求任何特殊的工艺处理,并且能够随每一代新的标准CMOS工艺进行缩放。

(电子工程专辑)
图1:Kilopass 2T位单元横截面图显示了反熔丝技术的独特性。


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