内存驱动器设计技术要求共同进化

里卡多·博尔赫斯和Anand Thiruvengadam

随着新技术节点可用,记忆一直是一个最激进的半导体应用程序采用先进工艺技术。电子设备的无情的用户需求更多的内存,保证了投资新节点和过程将很快偿还巨大的销售量。因为每个新节点在线,内存容量大幅增长,符合摩尔定律,由于Dennard缩放和每瓦特性能增加。内存设计师可以采用新技术充满信心,他们产生的产品将密度和速度。记忆的定义性质设计意味着手工制作的新细胞,细胞数组、传感和控制电路外围是必需的,但结果是相当可预见的。

这并不是说内存设计简单;有很多新节点的重要创新超出比例。很难想象今天的电子设备的多个代双倍数据速率(DDR)技术或content-addressable内存(CAM)缓存。然而,新的记忆的设计和创新在很大程度上是独立于过程的发展。设计团队开发模型扩展设备和互联过程是合格的,所以内存设计可以并行进行的。这使迅速采用新技术和确保记忆可以停留在半导体发展的前沿。

与今天的深亚微米技术,生活变得更复杂的记忆设计师。更接近设计和流程团队的合作是必要继续所需的内存密度和性能的改善。有几个因素和推动这种发展趋势:

• 摩尔定律意味着记忆的放缓设计师可以不再依靠常规,可预测的受益比例。
• Dennard年底缩放导致早期设计/架构优化,更详细的物理布局的优化设计规则,和开发新工艺配方。
• 电源电压缩放的放缓和泄漏电流的增加效果已经在新的节点减少设备能力有限。
• Bitline效应和寄生wordline增加DRAM数组和服务员需要维持足够高储存电容值驱动高宽高比电容结构的集成高介电常数的材料。
• DRAM扩展变得更具挑战性由于细胞电容,细胞接触电阻,行锤效果。
• 扩展的DRAM和NAND外围越来越影响过程的可变性,从而降低传感电路的设计余量。
• 3 d层NAND闪存设备的数量已经增长到大约200,预计将增加到超过500,如图1所示,带来新的挑战高纵横比蚀刻过程中用于定义垂直渠道和驾驶过程技术的研究来改善通道电导率。

图1:层数的增长NAND记忆。

所有这些影响产生了技术设计的差距,导致次优的设备和工艺配方,内存性能不佳,后期设计变更增加上市时间(TTM)。减少这种差距需要优化的材料、过程和设备的结构,这需要与新兴的记忆会变得更加强大技术,如电阻随机存取存储器(RRAM),相变内存(PCM),磁阻的随机存储器(MRAM),铁电随机存取存储器(FeRAM)。

有效记忆设计只能更加合作过程和电路来完成开发,称为设计技术开(DTCO)。内存DTCO流必须模拟过程的可变性的影响关键的高精度模拟电路在记忆的边缘,如放大器。这个流必须包括以下阶段:

• 晶体管建模技术的计算机辅助设计(TCAD)模拟制造过程的可变性来源,其次是晶体管电特性和生成的模拟数据对后续提取香料模型。
• 寄生提取——创建的3 d表示电路,使用作为输入的描述互连工艺流程和布局的电路元件(例如读出放大器),并且美联储寄生场解算器,提取寄生RC电路网络列表和注释。
• 香料模拟- SPICE模拟模型和带注释的网表,与可变性建模功能用来模拟variation-aware电路指标。

这个流开发一个虚拟过程开发工具包(此后),使早期和快速设计探索在晶片之前新工艺是可用的。TCAD和香料的紧密融合技术提供设计支持与高质量的模型时,可以进一步细化晶片是可用的和制造可以收集数据。布局可以提前从创建虚拟此后,与权力,性能和面积(PPA)评估pre-layout和布线后的网表。设计启用关闭通过移动光学邻近校正(OPC)模拟,随着光刻规则检查(领头和调试,到布局过程。结果是真的lithography-aware定制内存能够处理最新的深亚微米设计节点内存和新兴技术。

Synopsys对此提供了一个内存DTCO解决方案,满足所有这些需求,等等。如图2所示,这个流的核心是Synopsys对此PrimeSim™香料,高性能香料模拟器模拟、射频和混合信号设计,包括记忆。晶体管建模阶段使用Synopsys对此Sentaurus过程,模拟了晶体管制造步骤,Synopsys对此Sentaurus装置,模拟了晶体管的性能,然后从TCAD Synopsys对此神秘提取香料模型输出。香料网表是由Synopsys对此Process Explorer过程仿真和Synopsys对此拉斐尔FX电阻和电容提取工具。

图2:Synopsys对此DTCO流记忆放大器。

Synopsys对此DTCO解决方案还包括一个data-to-design工作流,使工厂数据直接食用的香料和FastSPICE模拟器PrimeSim连续快速设计PPA评估。这允许过程技术人员和设计工程师跳过紧凑模型提取步骤可以为非标准过程繁琐和费时的技术。设计工程师可以执行一个更完整的设计与传统DTCO PPA评估流或data-to-design工作流与早期的布局和布线后仿真使用Synopsys对此定义编译器,Synopsys对此PrimeWave设计环境,Synopsys对此PrimeSim连续模拟器。

图3:Synopsys对此data-to-design流与TCAD-to-SPICE直接的联系。

总之,内存设计正面临着新的挑战设备搬到更小的节点和加入新颖的新兴技术。独立设计的过程开发将不再产生最优的结果,所以technology-aware设计开发过程是必需的。Synopsys对此DTCO流提供了业界最完整的TCAD工具,一流的香料模拟器和现代、开放的设计环境。有关更多信息,请点击在这里。

Anand Thiruvengadam是一个产品管理和营销总监和正面解决方案和营销功能内存Synopsys对此的细分市场。Anand专业经验跨越高科技产品策略、产品营销、产品管理、业务开发和工程。Synopsys对此之前,他曾在普华永道(PwC)作为一名管理顾问,专注于各种企业战略和运营转换活动消费电子产品、网络、存储、企业软件,半导体行业。普华永道之前,Anand工程领导角色在领先的半导体公司。