对IC中代码和数据的可重写能力的需求为嵌入式闪存技术带来发展机遇。本文介绍了可实现“多代工厂设计转移”的非易失性存储器(NVM)技术与逻辑工艺兼容以及减轻其复杂性、成品率、设计可靠性等问题的注意事项和解决办法。

随着深亚微米CMOS工艺技术的进步，功能更丰富的集成硅器件在消费类电子产品、高级通信与网络系统、计算机以及服务器等所有电子系统中得到了广泛应用。

电子产品对性能与功能的需求一直在不断增长，而提高性能与功能的关键因素之一是代码和数据的可重写能力。存储在各种IC器件中的操作系统与应用程序代码以及可配置或个性化代码的规模将越来越庞大，而且要求系统具备对它们进行现场升级的能力。

此外，各种类型的数据都要求具有非易失性。随着系统的尺寸变得越来越小，便携性变得越来越高，各种传统的旋转式磁存储介质正在逐渐退出舞台，取而代之的是硅可编程器件。这种趋势给闪存或嵌入式闪存带来极大的机遇。问题是嵌入式闪存技术是否已准备就绪，以满足这些需求，并与未来不断增长的需求保持同步发展。

除了功能、性能、成本、尺寸、功耗和可靠性等一些传统的考虑因素外，将闪存集成到复杂多功能设计的系统级芯片(SoC)中还受到两个因素的驱使，即逻辑兼容的、可复用的嵌入式闪存技术IP以及可以从多个来源获取这些IP的便利性。

因为晶圆厂的建造成本至少需要10到20亿美元，后续的设备投资又需要数亿美元，大多数公司发现这是一笔无法承受的费用。由于这些原因，业界非常渴望同一种工艺技术能够有多个来源。对于使用大型IP模块的设计来说，能够把设计从一家代工厂转移到另一家代工厂进行生产显得特别重要。正因为如此，可从多家晶圆代工厂获得、并可向电路设计师提供所需灵活性的非易失性存储器(NVM)技术自然将成为业界的标准。

事实上，可复用的现成IP是代工可转移的关键。为了实现这个目标，许多公司开始联合开发产品、共享IP和安排许可证，从而导致新产品、新IP和新标准不断涌现。

更重要的是，“多代工厂设计转移”策略的成功将取决于NVM与逻辑工艺的兼容程度以及NVM工艺可能会给特定代工厂增添的复杂程度。一旦兼容性问题得到解决，对成品率和设计的鲁棒性进行评估也是很重要的工作。

一般来说，典型的快闪存储器工艺会增加构建系统级芯片的复杂性，因为需要引入用于电荷存储和保持的浮动栅(floating gate)、高压晶体管以及将所需高压分配到存储阵列的设计；此外，还带来了解码、感测、时序电路和存储在状态机中的算法等方面的复杂性。

在深亚微米领域(0.18微米以下)，与产量无关的工具成本在总制造成本中占据了相当大的一部分，而硅片、封装和测试等与产量有关的成本构成了总成本的另一个部分。随着工具成本的增加，可重构IC变成一种有吸引力的方案，因为它能够通过简单地修改代码以生成瞄准特定应用的产品。由于任何非一致性的IC都会增加制造成本，所以可再编程NVM的成品率、易用性和易调试性就变成极其重要的考虑因素。

对于复杂的逻辑工艺，除了增强性能、增加功能、减小占位面积和节省功耗等因素之外，可再编程性已经成为设计者考虑集成的主要诱因之一。随着闪存的开销成本下降，决策曲线的交叉点向有利于SoC集成的方向移动。工艺开销成本与硅的利用率(设计开销成本)决定了给定嵌入式闪存技术的交叉点。因此，设计师需要评估闪存架构及其对目标逻辑工艺的影响。

这种集成的副作用是会影响成品率。成品率是闪存和其它集成元件的集合函数。显然，闪存的瑕疵越少，成品率越高。高成品率是通过低开销的附加工艺、低开销的简化设计、鲁棒的可测试能力和可靠性、较高的硅利用率以及迅速有效解决问题的能力而获得的。例如，在多层栅(stacked-gate)的可再编程NVM中，极薄的隧道(或浮动栅)氧化物更容易引起成品率下降，并使后期制造出现可靠性问题。

典型情况下，必须为纠错电路、用于算法操作的状态机以及类似技术设计更高的智能，以减轻成品率和可靠性问题。但这些技术具有明显的缺点，例如更大的硅片面积、更多需要调试的电路、更长的测试时间以及更大的功耗等。因此，设计师需要全面评估影响逻辑工艺成品率的所有因素。事实上，设计可能具备转移到其它代工厂生产的能力，但因为成品率不同，所以限制了设计师对代工伙伴的选择。

诸如SST的NVM单元等非传统单元设计是逻辑兼容的。例如，SuperFlash的分割门(split-gate)单元设计造就了灵活的架构，只需少量的简单外围电路就能支持存储器操作，而无需任何状态机或算法操作。

本质上，这种技术是基于厚氧化物。耦合(浮动)栅氧化物从来不会因高电场强度而受损，因此这种器件在使用寿命内都能保持可靠性。因为更简单的设计能够简化调试工作、缩短测试时间和加快生产时间，所以这种技术可以减少SoC的开发时间和成本。

作者：Sohrab Kianian

技术许可与业务发展部高级总监

Silicon Storage Technology公司