[原创] 上海华力SONOS加持,eFlash的未来可期

2018-04-26
14:00:18
来源: 官方微信

随着汽车电子和物联网等应用的兴起,市场上对嵌入式闪存(eFlash)的技术的需求也水涨船高。但从目前的现状看来,高端嵌入式闪存的设计和生产大都掌握在国外少数厂家手中,这和致力于打造自主可控的中国芯目标相背。

有见及此,国内领先的晶圆代工厂——上海华力正在和合作伙伴携手,助力中国嵌入式闪存技术升级。首批推出的具体成果就是华力和Cypress一起推的用于IoT/MCU/智能卡的高性能,高可靠性的55纳米SONOS嵌入式闪存技术。

从嵌入式存储的原理上看,现在主流的工艺是Floating Gate 。这种传统的硅工艺因为应用历史比较长,且不涉及到材料的改变,因此大家对其都比较了解。为此这些年来,它一直都是嵌入式存储厂商的最爱。但随着大家对功耗、性能、成本可靠性要求的渐增,这种相对传统的工艺有其局限性。为此业界探索了Charge-Trap eFLASH这种特殊工艺产品,华力的SONOS嵌入式闪存技术就是当中的一个先行者。

据华力研发一部总监邵华介绍,华力的55纳米SONOS嵌入式闪存技术授权自Cypress的技术。在55纳米工艺上,这些嵌入式闪存取得了高可靠性、高竞争力和高质量的重要成果,各项技术指标和产品市场应用已经达到国际先进水平。

这是国际上首家量产的55纳米SONOS嵌入式闪存技术,邵华强调。华力持续精进,通过工艺模块、工艺集成,闪存器件微缩,电路设计、光罩缩减和良率提升等一系列方式,在提升55纳米嵌入式闪存技术产品可靠性、产品竞争力、产品质量等几个关键方面开展技术创新,达成了以下的几点领先优势:


(1)高可靠性:远高于业界标准的数据保持能力

据介绍,55纳米SONOS闪存器件的最大难点在于其可靠性,而数据保持能力则是可靠性中最大的难关。嵌入式闪存工艺除了形成闪存器件外还需要引入高压、低压氧及退火等大量的热过程。12寸工艺上这些热预算对SONOS闪存的超薄隧道氧层以及存储层的负面影响指数上升。

华力对传统的栅氧工艺模块和工艺集成方案进行大胆创新,研发了业界首创的“ISSG G1 First方案”,大幅降低了热预算。不但有效抑制水汽侧向氧化隧道氧化层,也大幅抑制存储层中主要深势阱中心H逸出;扩大编程窗口同时,大幅提高了数据保持能力。嵌入式闪存产品在极端苛刻的50万次擦写后数据数据保持寿命仍然可以达到20年,远高于业界的1万次擦写后数据保持10年的标准,实现了高可靠性的应用,达到国内先进水平。

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(2)高质量:超低成本、高良率


华力55纳米SONOS嵌入式闪存在55纳米逻辑平台上仅增加了4张光罩,与业界其它量产的55纳米嵌入式闪存技术(需要额外加入9~12张光罩)有非常强的成本优势。但华力团队仍然通过系列技术创新进一步提升质量,降低成本。

除了开发了3+0的后段工艺,以及CUP(Circuit Under Pad)工艺结构,对部分客户产品还通过工艺优化实现了额外的4张光罩层次缩减。另外在不采用冗余电路设计的条件下,通过晶圆边缘WEE/EBR/ECP实验、CMP研磨压力边缘优化、PH边缘失焦优化、缺陷边缘定点监测等等,大幅提升产品良率,目前已经稳定达到97%,在成本和量产制造方面达到国际先进水平。

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(3)可持续微缩:至少可缩小至28纳米技术节点

而众所周知闪存单元面积的持续缩小是NVM界的“摩尔定律”,一直引导着闪存技术的发展。为此华力一直在推进这方面的进步。

据介绍,华力的55纳米嵌入式闪存第一代闪存单元面积与业界同期相当。结合华力在55纳米工艺平台的积累和对于40纳米、28纳米等先进技术的经验, 以及对闪存机理和工艺控制的理解,华力技术团队在AA、POLY、SPACER、SALICIDE、BEOL等各个关键模块和闪存器件Mismatch上进行了二次开发,成功将闪存单元微缩30%,闪存最大密度提升4倍,而闪存阵列的离散度降低了20%。华力成功量产了业界最小的嵌入式闪存单元(0.07平方微米)产品,达到了国际领先水平。

在技术节点演进上,华力55纳米嵌入式闪存工艺的存储单元器件结构和类型先进,可持续缩小尺寸,预计至少可缩小至28纳米技术节点,技术可持续性强。

邵华告诉记者,华力的55纳米嵌入式闪存技术平台在2016年完成技术开发并开始风险量产,在2018年已经实现多家客户、多颗产品的验证和量产,产品涵盖了低功耗IOT存储芯片、触控控制芯片、高速MCU、嵌入式FPGA、智能卡芯片、安全芯片等。

邵华还表示,华力现在还能针对客户的需要,提供定制嵌入式闪存IP、设计、工艺、测试和可靠性验证等一系列服务,满足客户不同的需求。

面对新应用的崛起态势,华力蓄势待发!

文/半导体分行业观察 李寿鹏


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1569期内容,欢迎关注。


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