嵌入式芯片自帶(�(nèi)嵌)的flash存儲。嵌入式快閃存儲器是從EPROM和EEPROM�(fā)展而來的非揮發(fā)性存儲集成電�,其主要特點是工作速度�、單元面積小、集成度�、可靠性好、可重復(fù)擦寫10萬次以上,數(shù)�(jù)可靠保持超過10��
嵌入式快閃存儲器是從EPROM和EEPROM�(fā)展而來的非揮發(fā)性存儲集成電路,其主要特點是工作速度�、單元面積小、集成度�、可靠性好、可重復(fù)擦寫10萬次以上,數(shù)�(jù)可靠保持超過10�。國外從80年代開始�(fā)�,到2002年,F(xiàn)lash memory的年銷售額超過一百億美元,并增長迅速,�2006�,年銷售額可�(dá)126億美�/年�
嵌入式快閃存儲器大量地替代EPROM、EEPROM嵌入到ASIC、CPU、DSP電路中,如TI公司的TMS320F240系列、TMS280�
列分別含�8K�128K Words的Flash Memory,又如Microchip公司,也推出了內(nèi)嵌Flash Memory�16F系列MCU�(chǎn)��
嵌入式快閃存儲器電路芯片�(shè)計的核心是存儲單�(Cell)�(shè)�(包括�(jié)�(gòu)、讀寫擦方式),外圍電路都是圍繞其�(shè)計。因�,我們首先要研究并確定電路中采用的Flash Memory Cell。Flash Memory從結(jié)�(gòu)上大體上可以分為AND、NAND、NOR和DINOR等幾�,市場上兩種主要的Flash Memory技�(shù)是NOR和NAND�(jié)�(gòu)�
NOR存儲單元
快閃存儲器的擦寫技�(shù)來源于溝道熱電子�(fā)�(Channel Hot-Electron Injection)與隧道效�(yīng)(Fowlerordheim)�
NOR�(jié)�(gòu)的Flash memory主要用于存儲指令代碼及小容量�(shù)�(jù)的產(chǎn)品中,目前的單片容量�512M,NOR Flash memory�(chǎn)品的主要為Intel公司、AMD公司、Fujitsu公司、ST Microelectronics和公司�
NOR�(jié)�(gòu)的Flash memory采用NOR SGC(Stacked Gate Cell)存儲單元,是從EPROM�(jié)�(gòu)直接�(fā)展而來,非常成熟的�(jié)�(gòu),采用了簡單的堆疊柵�(gòu)造。圖1是其�(jié)�(gòu)原理�。浮柵的充電(�)是通過傳統(tǒng)的溝道熱電子�(fā)�(CHEI)在漏端附近完成的;浮柵的放電(擦除)在源端通過隧道氧化層的隧道效應(yīng)來實�(xiàn)�
該結(jié)�(gòu)的特點是單元面積�,同EPROM的面積相�(dāng),編�(�)時間�,在10μs左右,源漏結(jié)可以分開�(yōu)�,漏�(jié)�(yōu)化溝道熱電子�(fā)�,源�(jié)�(yōu)化隧道效�(yīng),采用了自對�(zhǔn)工藝�
隧道效應(yīng)存儲單元
隧道效應(yīng)存儲單元是目前快速發(fā)展的快閃存儲器生�(chǎn)技�(shù),在快閃存儲器中一般組成NAND存儲陣列,單元面積小,其工藝較簡�,容量大,成本低,適用于低價�、高容量、速度要求不高的Flash memory客戶用于�(shù)�(jù)存儲;在MP3、PAD、數(shù)碼相�(jī)�2�5G�3G無線系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。NAND快閃存儲器產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝已達(dá)�0�13μm,單片電路的存儲容量超過1Gb�
隧道效應(yīng)存儲單元編程、擦除通過隧道氧化層的隧道效應(yīng)來實�(xiàn),類似EEPROM,其�(yōu)點是在編程時可以工作�2�5V的源漏電壓下,功耗低,非常適合非接觸式IC�,同時NAND陣列的單元面積是NORSGC單元面積的二分之一,適合于大容量集��
源側(cè)熱電子發(fā)射存儲單�
源側(cè)熱電子發(fā)射存儲單元存儲單元浮柵的充電(�)是通過溝道熱電子發(fā)�,在源端附近完成�;浮柵的放電(擦除)在漏端通過隧道氧化層的隧道效應(yīng)來實�(xiàn)。在編程(�)過程中由于部分溝道由CG�(1�5V)控制,改�(jìn)了NOR SGC單元的編�(�)電流�、優(yōu)化了溝道熱電子發(fā)射效率,編程時的源漏電壓可低�3�3V。其存在的問題是必須在數(shù)�(jù)線譯碼中使用大量高壓開關(guān),電路設(shè)計復(fù)�,溝道熱電子�(fā)射沒有完全優(yōu)化、讀出電流小、工藝也比較�(fù)��
存儲單元與電路設(shè)計的可靠性問�
存儲單元的閾值電壓是擦寫及讀出過程的函數(shù),因此要�(yōu)化擦寫過程的工作條件,提高工藝質(zhì)量,特別是隧道氧化層、雙多晶�(nèi)氧化層在高場�(qiáng)下的�(zhì)量與壽命,降低氧化層中陷�(trap)的產(chǎn)�。圖10�0�5μm單元在擦寫循�(huán)后的閾值電壓的變化�
超擦(Overerase)
超擦NORSGC存儲單元存在的主要問題,由于NOR陣列中的存儲單元沒有選擇�,在字線上所有的存儲單元漏端連在一起,如果在擦除后,某些單元的閾值電壓特別低,在讀出過程中,在非選擇柵壓下(通常�0V),幾個單元有漏電,則字線上讀不出正確的數(shù)�(jù)(見圖11),特別是多次擦寫循環(huán)�,增加了閾值電壓的不確定性,因此需要在電路中設(shè)計驗證電�。改�(jìn)型SSI存儲單元由于存在選擇管,未選中的單元選擇管關(guān)�,因此基本上不受超擦漏電的影��
軟寫(Soft-Write)
在電路正常工作時,讀在浮柵上存儲有正電荷(�1”電�)的單�,由于有溝道電流,以及在浮柵上有正電壓存�,因此有少量的熱電子�(fā)射,�(chǎn)生軟寫效�(yīng),長時間會使工作存儲的信息丟失,為保證電路存儲的信息保存時間超過十年,要對單元正常工作電壓�(jìn)行優(yōu)�,改�(jìn)型SSI存儲單元的軟寫結(jié)果見�12,在電路�(shè)計中選擇�2V漏源工作電壓,可保證�(shù)�(jù)保存超過十年�
擦除干擾(Erase Disturb)
�(dāng)電路中存在Sector擦除,并且不同Sector的單元漏端連接到同一條數(shù)�(jù)�(Bit Line)上時,要考慮到對選定的Sector擦除�,對非選擇Sector的擦除干��
擦除干擾有二種形式:一是對選定的Sector擦除�,由于不同Sector的單元漏端連接到同一條數(shù)�(jù)�,非選擇Sector的單元漏源上加有5V電壓,如果單元存在漏�,就會有不希望的熱電子發(fā)射;其二在已擦除的單元的浮柵上存在負(fù)電壓,而非選擇Sector的單元漏端上加有5V電壓,因此在隧道氧化層有一定的電場�(qiáng)�,可能引起寄生隧道效�(yīng)�
編程干擾(Program Disturb)
由于在同一控制柵或編程柵下單元的控制柵或編程柵是連接在一起的,因此在字節(jié)編程�,會對非選擇的字節(jié)�(chǎn)生編程干�。在編程�,改�(jìn)型SSI�(jié)�(gòu)的存儲單元的高壓加在編程�,編程干擾主要考慮寄生隧道效應(yīng),通過合理�(shè)計存儲單元與電路來解��