飙升的设计成本要求嵌入式IP既可靠又高产
在工艺节点从FinFET开始,OTP的开发也面临着更多挑战,也延长了开发与验证周期。晶圆厂为避免工艺微调造成NVM必须重新设计的情况,要求等工艺稳定后才允许OTP进行开发,这就拉长了OTP推出的时程。
此外,随着工艺制程的不断微缩,OTP的面积也相应大幅缩减。然而,反熔丝的编程过程需要使用电荷泵(Charge Pump)产生高压。在先进工艺中,I/O电压已经降至1.8V或1.2V,甚至随着FinFET技术的发展进一步下降至GAA(环绕栅极晶体管)工艺节点,已经没有可用的I/O元件。因此,必须依靠核心器件(core device)来发展电荷泵及其周边电路,以确保在这些先进工艺上仍然能有可靠的OTP可用。这种依赖核心器件的设计方法使得OTP成为了一种近乎精品的独门工艺。
新思科技的OTP方案, 具备三道保险来保证最佳良率与可靠度:包含采用两倍实体cell让每个比特都有两倍保障;也允许在同一I/O单元内进行1个比特的错误修补;另有预留修补区块可置换超过1个比特的不良。
此外,该方案将ECC(错误校正码)作为标准预设,用户可以根据需要选择开启或关闭。这使得该方案不仅适用于一般消费应用,还能满足高可靠度的工业控制、车用电子和数据中心等领域的需求。
值得一提的是,新思科技的OTP方案不仅能确保在工厂进行编程时的高良率,还能在应用端编程时同样达到最佳良率。这种设计避免了因OTP编程失败而导致芯片报废的风险,大幅提高了芯片的整体可靠性和使用寿命。
新思科技的OTP解决方案已在台积电N5工艺上完成验证,并获得TSMC IP9000认证。该OTP IP通过多层金属工艺、扩展电压支持和多种编程选项,能够在各种应用中提供稳定且高效的存储解决方案。
下图展示了新思科技OTP IP在TSMC N5工艺上的实现(IP9000),并详细描述了其特性和功能。新思科技的OTP解决方案逻辑位数/数据宽度范围从16Kb到128Kb,采用8层金属工艺,内置APB总线接口的RTL控制器,便于客户整合,无需自行开发控制模块。
新思科技OTP IP的特性和功能
此外,OTP具有多项安全功能,包括独立的读取接口、字级和宏级别的编程和读取锁定,确保数据在开机上电时不会发生误操作,并且每个I/O地址均支持读取或写入锁定功能。同时,能够检测不正常电压以防止黑客绕过或窃取OTP数据或安全密钥。
在台积电的特性测试过程中,新思科技的OTP IP展示了卓越的良率和可靠性,并能在工艺、电压、温度(PVT)条件下稳定运行。
在TT、FF、SS、FS和SF工艺分支下的硅片特性测试结果显示,OTP IP几乎可以达到100%输入和编程良率,在测试的约1200Mb中,仅有1个位失败,但已成功修复。相比于之前的OTP技术,新的OTP技术在单次脉冲编程中显著提升了效率(在360Mb中仅17个位失败)。无需读取调节器(Read Regulator)即可从核心电压(VDD)读取。在广泛的VDDIO电压范围内进行了特性表征,保证了电压适应性。
新思科技 OTP在TSMC N5上实现跨PVT的卓越读取利润率
此外,该OTP解决方案从三个不连续批次中进行了硅片资格认证,结果显示:在高温储存寿命(HTSL)和高温操作寿命(HTOL)条件下OTP IP的表现均相当出色,HTSL测试温度为150°C(图a),HTOL测试温度为125°C(图b);所有读取点均未显示出位单元退化(图c),确保了数据的长期可靠性;完成了资格认证,无需使用ECC(错误校正码),进一步简化了设计和使用。
图a:HTSL在两种读取模式下的测试结果
图b:HTOL在两种读取模式下的测试结果
图c:HTOL 在读取点显示稳定的位单元电流
结语
在半导体行业的演进过程中,NVM IP技术的应用为芯片设计者带来了前所未有的机遇和挑战。通过突破传统存储器技术的限制,NVM IP技术使得在更小的尺寸上实现更高的性能和功能成为可能,推动着芯片设计迈入新的时代。
在这个变革的浪潮中,新思科技的NVM IP凭借其安全、可靠和高产率的特性,为新兴市场和先进工艺提供了全面的NVM解决方案。展望未来,NVM IP技术将继续发挥重要作用,引领芯片设计不断创新,推动半导体产业发展。
6月21日,新思科技将针对如何在SoC设计中使用NVM带来一场干货分享,欢迎注册报名,与我们共同探讨!