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珠海创飞芯 (CFX) 反熔丝 OTP--- 白皮书

摘要

OTP表示“一次性可编程”,这种设备只能被编程一次,永久存储任何类型的信息(芯片id、安全密钥、产品特性选择、内存冗余、设备微调或MCU代码内存)。每个芯片都需要OTPs,只要它们可靠、可用,而且价格实惠。

珠海创飞新(CFX)是一家世界级的CMOS兼容IP提供商。排名OTPIPS可供不同技术代逻辑技术(0.18/0.16 / 0.13 / 0.11微米和90/65/55/40/28纳米),可以很容易地移植到衍生逻辑技术,如混合信号、射频、模拟、高压CMOS图像传感器和嵌入式FlashEEPROM存储器——不需要改变工艺或器件仿真模型。

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OTP 应用

半导体器件使用非易失性存储器(NVM)来存储固件代码。随着增加的功能、更高的性能和更低的功率,SOC的设计变得更加复杂,现在更多的半导体器件使用软件来快速适应市场变化,提高产品的差异化。使用NVM的使用率和规模在继续增长。对于代码存储来说,最常见的NVM技术是ROM和外部flash/ EEPROM等解决方案。紧接而来的是,反fuse可编程(OTP)技术在代码存储方面变得越来越流行,尤其是在90nm及以下。反熔丝具有使用标准CMOS工艺、高度安全、现场可编程和不确定数据保留的独特优点。这些特性降低了SOC产品的整体成本。随着工艺技术规模的扩大,自OTP模具面积扩大后,它就会偏向于反熔丝,从而缩短编程时间。OTP允许每个芯片在制造完成后定制,修复缺陷,调整参数,减少统计变化,存储永久数据,或个性化配置。OTP可用于芯片id、安全密钥、产品特性选择、内存冗余、器件trimming、参数或配置存储,以及MCU的代码内存,如图1所示。


 

CFX OTP: The OTP of Choice

反熔丝NVM技术将栅极氧化物击穿作为一次性可编程非易失性存储器。栅极氧化物击穿是通过在晶体管的栅极上施加一个高电压,同时在晶体管的源端保持低电压。在击穿之前,栅极和晶体管源之间的区域像电容器一样孤立。击穿之后,它的表现就像一个电阻器。氧化栅极击穿技术的优点是面积小,每单元只有2个晶体管。编程可以在晶片或封装部件中完成。使用这种技术存储的敏感数据在物理上是安全的,不可被破解。标准CMOS采用栅极氧化物击穿,并没有额外的成本与额外的掩膜或工艺步骤。其优点如图2和图3所示。

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 一种传统的熔丝编程方式是通过在熔丝OTP上施加电压,如果施加的电压足够高,那么熔丝就可以加热,这样熔丝的电阻就会更高,最后由于熔丝的破裂、分解或熔化而导致突然熔断。传统的观点认为,熔断熔丝,可能是最安全的编程方式,并且是最简单的方法来确定逻辑01。然而,通过流动的巨大电流来熔断,编程过程类似爆炸。结果会导致熔丝的编程很难控制,即使在相同的编程电压和时间下,编程后电阻会在2 k10GΩ浮动。因此,必须控制编程电流,以设置适当的电流来减少反熔丝编程后电阻的浮动,避免烧断器件。

电迁移是唯一一种对熔丝进行编程的机制,它具有确定性、可控性和可精确的物理规律。图4 OTP结构可以保障对反熔丝进行多次编程,直到达到令人满意的低阻值为止。OTP的编程良率实际能达到100%,该编程良率由编程前的工艺制造缺陷定。在过去的7年里,在0.16 um0.11 um CMOS技术上已完成10个硅技术代。随着编程电流的降低,OTP编程电流目前只需要在相同的CMOS技术中使用传统反熔丝编程电流的1 / 10

创飞芯OTP已经证明了从0.16um0.13um技术代的可实现性。器件尺寸和编程电流都可随着摩尔定律不断缩小。创飞芯 OTP技术可以不断扩展到45nm28nm技术代及以上。

创飞芯OTP: 可靠性

创飞芯的OTP IP1250摄氏度的高温操作寿命(HTOL)可达到1000小时,在不同代工厂生产的产品都可达到150摄氏度的高温存储寿命(HTS)2000小时。此外,OTP IP还能在零下45摄氏度的低温存储寿命(LTS)达到2000小时。尤其是,创飞芯的OTP256K产品能通过2000小时的250摄氏度高温烘烤,且达到零缺陷。图5和图6是在Silterra网站上发布的新闻稿和IP供应商。

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总结

创飞芯OTP结合了所有先进OTP技术:高良率、高可靠性、高速度、高数据安全性、可缩小性、体积小,易使用,标准I / O电压编程,宽的工作温度范围(从-45°C250°C)。创飞芯提供通用的OTP,且已经证明从0.18um28nm技术的各种CMOS衍生产品,变化,半技术节点和代工厂都能通用。


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