11月號特輯:Spansion以MirrorBit架構改寫Flash發展歷程
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2006-11-14 00:00
前言:
同時致力於每單元4位元快閃記憶體技術的還有Spansion,所不同的是,奠基於MirrorBit架構之上,Spansion是號稱首家有能力將此類產品成功“量產”的廠家;更讓人眼睛一亮的是,Spansion用獨有創新技術架構──MirrorBit,打破了Flash王國中,NAND與NOR原本壁壘分明的疆界。與傳統的浮動閘技術相比,它具有高良品率和低成本架構的特性;這是因為它乃利用絕緣記憶元件製造,所需要的關鍵製造步驟比浮動閘技術少40%,從而可以帶來更高的良率,幫助生產廠商經濟有效地製造出容量和性能更高的產品。
細說MirrorBit技術
Spansion全球副總裁兼亞太區總經理Gary Wang表示,藉由MirrorBit技術,Spansion可以為整合型電子市場中的客戶提供一個基於單一技術平臺的、加值的代碼和資料儲存解決方案。針對代碼最佳化的解決方案,MirrorBit產品基於NOR架構,提供了快速的讀取速度和可靠的代碼儲存;針對當今整合型電子領域的資料最佳化應用,Mirror ORNAND架構支援快速讀寫,相較於浮動閘NAND產品可提供質量更好、可靠性更高的大容量資料儲存性能。Spansion相信MirrorBit Quad技術是整合型電子市場中大量資料儲存發展的未來。
照片人物:Spansion全球副總裁兼亞太區總經理Gary Wang
Spansion MirrorBit單元與浮動閘單元截然不同,它可以在一個儲存單元(Cell)的兩側儲存兩個在物理上截然不同的資料位元,從而提高儲存容量。標準的浮動閘單元使用導電的多晶矽來儲存電荷,而MirrorBit單元使用一種絕緣的氮化物儲存媒介來防止在儲存媒介中流動的不同資料位元發生中和。因此,MirrorBit技術不再使用浮動閘,從而提高了可靠性並減少了製造步驟。透過在單元內開發對稱的、可互換的源漏區域,兩個非互動式的、在物理上截然不同的資料位元儲存區域被創建,每個區域在物理上對應一位元的資訊,並被直接映射到儲存陣列,從而每個單元儲存兩位元資訊。
MirrorBit技術相較浮動閘更簡單的製造技術帶來的另一個重要好處是:能夠高效地整合邏輯元件,從而有效地解決業界長期面臨的一大挑戰:在大容量快閃記憶體中整合多達100萬個邏輯閘電路。此一整合大量邏輯元件的能力降低了成本,並使得解決方案無需額外的分離邏輯矽晶片。
同一平臺再擴展──MirrorBit Quad技術
MirrorBit Quad技術是Spansion技術發展的全新成就,它是一種每單元儲存4位元的架構。MirrorBit Quad將MirrorBit的容量提高了一倍,它仍舊在兩個資料位元中儲存電荷,但能夠在每一個位置中儲存不同的數量或極性。通過在每一位置儲存4種不同數量的電荷,儲存單元能夠儲存4X4或16種不同的電荷組合,從而實現每單元4位元的儲存能力。
所有的MLC快閃記憶體架構都必須處理不同電荷狀態的問題。這一問題增加了對儲存媒介中電子數量的降低進行精確地補充和觀測的複雜程度。但是,與傳統的浮動閘MLC快閃記憶體相比,MirrorBit Quad有兩大獨特的優勢。
首先,MirrorBit Quad單元中的電荷同原先在MirrorBit單元中一樣位於一個絕緣的氮化物媒介中。這就使得儲存在MirrorBit單元中的電荷對於電荷漏泄的敏感度比普通的快閃記憶體單元大為降低。普通的快閃記憶體單元中的電荷漏泄主要來自於導電多晶矽柵閘上的絕緣氧化物。絕緣氧化物中任何位置上的任何缺陷都會引起電荷漏泄。隨著每單元位元數的增加,以鄰近狀態儲存的電子數量的差別減少,從而會加劇漏泄問題。
圖1:浮動閘與MirrorBit技術之比較
其次,MirrorBit儲存單元中有兩個電荷儲存位置,每一位置中只需要4種不同的電荷狀態就能實現每單元4位元。相比之下,傳統的MLC浮動閘快閃記憶體儲存單元要實現每單元4位元,則需要在一個位置上做到16(24)種不同的電荷狀態。儲存和檢測16種不同電荷狀態中的一種具有相當大的技術挑戰,需要強大的ECC解決方案來進行操作。
同浮動閘NAND和NOR架構相比,Spansion設計的MirrorBit Quad架構具有緊密的佈局設計。由於每單元儲存能力的提高,在相同的製程技術下,與浮動閘多層單元NAND快閃記憶體技術相比,MirrorBit Quad技術每位元單元尺寸最多能減少30%。
與浮動閘技術相比,MirrorBit Quad技術除了其本身所具有的效率之外,它還被認為能夠比浮動閘技術適應更先進的製程技術——40nm及以下的製程將會給浮動閘技術帶來極大的挑戰。
承接MirrorBit技術的優勢
如同MirrorBit技術一樣,MirrorBit Quad技術在同一裸片(die)上高效整合邏輯元件的能力能夠幫助創造複雜的整合型控制器、處理器和系統級介面,這將促成更多創新產品的產生,並將為客戶提供面向應用標準的產品(Application Specific Standard Products,ASSP),而不僅僅是儲存子系統,從而降低使用了MirrorBit產品的終端系統的成本、尺寸和複雜度。
MirrorBit技術可應用於每單元高位元解決方案,令人尤感興趣的是在未來升級到更高的每單元位元數的前景。透過將此一技術擴展至在一個單元內的每個電荷位置上支援6種電荷狀態或電壓水平,可能實現在每個單元內儲存5位元資訊,或者將最先進的MLC浮動閘技術的資訊儲存量提高一倍,後者需要32種電荷狀態才能實現相同的每單元儲存能力。
圖2:單一Cell儲存兩位元和4位元的比較
Spansion相信MirrorBit Quad將是用於大量資料儲存的下一代技術,並已制訂計畫實施具有許多不同的介面和容量的解決方案。這些解決方案將擴展選用了整合型快閃記憶體的設備的快閃記憶體儲存能力,並可能促成整合型電子產品市場中全新產品的誕生。
結語
日前,Spansion總裁兼首席執行官Bertrand Cambou還特地來京公開展示了每單元4位元快閃記憶體技術的工作晶片(由其位於德克薩斯州奧斯丁的Fab25製造),並宣佈成立媒體儲存事業部,專責服務於整合型市場中的大量儲存以及某些特定可移除市場中的數位媒體應用。Spansion還計畫與領先公司合作,將數位媒體解決方案推向可移除市場中的細分市場;以90nm製程製造的512Mb、1Gb和2Gb MirrorBitQuad產品計畫將於年底量產,以65nm製程製造的1Gb、2Gb、4Gb、8Gb和16Gb產品計畫於2007年量產。
此外,Spansion還特地與中國本地的方舟科技和吉芯公司等廠商合作,且已初有所成。種種積極作為,都預示著Flash儲存技術一片大好前景及無限創新空間。