28nm以下e-flash技術空白？這國產技術填上了！

“NOR閃存體已達到極限，無法兼容在28納米(nm)以下的工藝技術。”幾年前，包括英飛凌在內的產業巨頭對嵌入式NOR  Flash技術極限下了如此定論。英飛凌甚至開發了鐵電隨機存取存儲器(FRAM)，試圖證明其可作為NOR閃存的替代方案。

然而，一家成立不足5年的國內初創企業——寧波領開半導體技術有限公司(以下簡稱“領開半導體”)，憑借創新的技術架構打破了這一定論，這不僅為NOR  Flash技術的迭代“續命”，更為AI時代嵌入式閃存的創新應用開辟了新契機。由深耕半導體行業三十載的資深專家、硅谷技術大咖金波先生創立的領開半導體，其核心技術ATopFlash^©正是攻克業內公認的NOR  Flash在28nm及以下先進邏輯工藝節點無法實現進一步突破的這一行業難題的關鍵。該技術的“橫空出世”，不僅解決了28nm以下有無的問題，而且單位面積小，極具成本競爭優勢。

領開半導體創始人兼CEO金波

此前，由于傳統嵌入式NOR  Flash在28nm以下缺乏成熟方案，系統往往依賴外掛存儲過渡，導致復雜度增加、性能受限。ATopFlash^©通過獨創的技術路徑，解決了這一全球性瓶頸，為SoC/MCU向更先進制程演進提供了關鍵的存儲支持。近日，《電子工程專輯》采訪了金波先生，請他詳細介紹了ATopFlash^©的技術淵源、競爭優勢，以及如何通過架構創新賦能嵌入式NOR  Flash使其成為MCU和SoC系統的核心存儲載體。

突破傳統浮柵技術“新技術路徑”

NOR  Flash技術作為一種非易失性存儲器，自20世紀80年代誕生以來，憑借其獨特的特性(尤其是支持芯片內執行XIP，程序可直接運行而無需先加載到RAM)在諸多領域持續發揮關鍵作用。這種特性使其特別適用于存儲啟動代碼、操作系統內核、關鍵程序代碼和配置數據等。

但數年前，45nm被業界普遍視為NOR Flash的最后一個技術節點。特別是基于ETOX浮柵技術的傳統NOR Flash  45nm以下已經無設計空間，達到物理極限，無法進一步微縮，導致行業技術進展多年停滯。

面對全球行業的困境，金波先生看到了領開半導體的機遇。這份篤定和自信源于他在NOR Flash領域三十年的綜合管理、技術開發及生產運營經驗。

早在1995年，金波加入美國硅谷跨國半導體公司賽普拉斯(Cypress)。在此工作的18年間，他從技術開發工程師成長為業務部門負責人乃至公司高管，期間不僅發明了65nm以下獨立及MCU嵌入式SRAM  6T cell通用架構、NOR Flash以及MCU嵌入式E-Flash主流SONOS NOR Flash 2T  cell架構，還曾協助華虹NEC以及宏力半導體兩家晶圓廠克服技術與運營挑戰，實現業務升級轉型。

離開賽普拉斯后，金波曾出任國內上市公司聚辰半導體總裁，開創了EEPROM在手機攝像頭模塊和藍牙領域的全球新應用，使公司從國內第四躍升至亞太區第一。

正是憑借堅實的技術功底和豐富的經營管理經驗，金波在創立領開半導體不足5年的時間里，便在行業認為NOR  Flash難以突破的背景下，通過架構創新研發出ATopFlash^©技術。

當然，ATopFlash^©技術突破傳統浮柵/ETOX技術的物理極限，提供新的技術路徑，也有一段“小故事”：在賽普拉斯任職期間，金波推動了將嵌入式NOR  Flash(SONOS  2T1b)0.13微米技術授權給華虹NEC，建立了電信卡代工業務，并扶持了大唐微電子、清華同方、華大微電子及南華虹等四家國內芯片設計企業，打破了三星當時95%的市場壟斷。三星迅速反應，升級至90納米工藝，使華虹NEC的成本優勢不再。由于華虹NEC廠房設備的局限性，升級工藝不可行，金波隨后構思了一種創新架構，使芯片面積縮小一半，再次助力其擊敗三星。

ATopFlash^©技術同樣是一種創新架構，是金波先生回歸初心后的重要發明，使NOR Flash技術起死回生，可以繼續向前迭代。

架構創新擊破28nm NOR Flash“天花板”

ATopFlash^©技術的落地，離不開領開半導體背后的另一位關鍵人物。他在攻讀博士期間即開始研究電荷陷阱物理機制，擁有超過20年的深厚積累，曾主導國內某存儲大廠取得世界最先進232層3D  NAND的技術突破。電荷陷阱機制正是ATopFlash©技術的核心。構思完成后，金波立即邀請這位前賽普拉斯同事評估技術可行性。得到“樸實無華、實用性強、易于量產，一看就是老手”的高度評價后，金波信心倍增。在其支持下，領開半導體于2025年5月成功完成了基于ATopFlash©架構的55nm出片技術驗證，并力爭今年下半年實現新產品流片。

傳統NOR Flash采用浮柵(Floating  Gate)存儲電荷，但在28nm以下節點面臨隧穿氧化層勢壘失控、單元間串擾、存儲密度提升困難等問題。浮柵技術(目前主流方案)因電荷隨機分布導致多比特存儲困難，單元密度受限，且需復雜圖案化工藝和較多光罩層數(主流約30層左右)，成本高昂。即使如臺積電，其基于浮柵的28nm  NOR  Flash芯片顆粒尺寸雖達0.043μm²，但需要增加十幾層光罩，性價比極低。

簡言之，28nm已成傳統浮柵NOR的技術天花板，其根本矛盾在于：縮微化要求更精確的電荷控制，但量子效應卻加劇了不穩定性。ATopFlash^©技術摒棄了傳統浮柵設計，轉而采用在3D  NAND中量產成熟的電荷陷阱技術，其電荷陷阱層(如氮化硅)具有更強的電荷束縛能力和更優的微縮潛力，從根本上提升了存儲單元的可靠性和可擴展性，可將單元面積縮減50%。同時，制造過程中所需的光罩層數減少近30%，僅需22~23層。這意味著單晶圓可產出更多芯片顆粒，大幅降低單位成本，構成核心市場競爭力。

值得一提的是，基于ATopFlash^©技術，嵌入式Nor Flash已經推進至40nm邏輯工藝節點。金波介紹， 40nm E-Flash技術(cell  size=0.045μm2)已經在產品芯片得到技術驗證。

除電荷陷阱機制外，ATopFlash^©技術的另一核心創新是 “雙存儲組對”設計，正如這一技術架構英文全稱所表述的那樣——Advanced  Technology of Paired Flash。通過獨特的電路布局和單元結構，實現了多項性能提升與成本優勢 。

目前，全球采用電荷陷阱技術的NOR Flash廠商僅有賽普拉斯(Cypress)、普冉和領開半導體。而普冉采用的SONOS  2T1b技術架構來自于賽普拉斯的授權。

金波對比了ATopFlash^©技術架構與現有賽普拉斯SONOS 2T1b架構，結果ATopFlash^©在諸多方面有很大優勢：

• 單元更小：ATopFlash^©小于1T1b，省去了不利于微縮的高壓NMOS選擇管。

• 光罩層數少：節省了一層common source line所需的金屬光刻層。

• 工藝簡化：減少了選擇管NMOS形成所需的光刻層及工藝步驟，工藝更統一簡潔。

• 讀取電流高：讀取電流提升>50%。

• 可靠性提升：徹底避免了編程操作時潛在的SG漏電/可靠性問題。

• 微縮路徑優：ATopFlash^©技術進一步微縮路徑可預見到FinFET 5nm。

這意味著ATopFlash^©技術能完全兼容現有邏輯芯片工藝，賦能第三方量產40/28/22nm SoC/MCU，未來還將適配FinFET  14/10/7/5nm邏輯工藝。

構建eFlash“技術護城河”

此前，業界認為MRAM(磁阻隨機存取存儲器)和RRAM(電阻式隨機存取存儲器)等新興存儲器在特定場景下有望替代NOR  Flash。特別是臺積電和英飛凌自2010年起就合作開發RRAM技術，旨在解決傳統嵌入式閃存(eFlash)在性能、功耗和成本上的局限。這進一步強化了“NOR閃存無法兼容28nm以下工藝”的共識，推動行業轉向新型存儲器研究。然而，盡管從技術原理來看，新型存儲器具備諸多技術和性能優勢，但在技術成熟性和成本面前，ATopFlash^©技術提供了新的選擇。

目前，MRAM受限于材料復雜性(如鐵磁層CoFeB)、密度瓶頸及抗磁干擾設計，其成本較高，短期內難以與NOR  Flash競爭。而RRAM雖然成本較低，但讀寫次數(約1萬次)和極端環境可靠性略遜于MRAM，目前更多作為NOR Flash的補充而非替代。

MRAM、RRAM等新興存儲器均通過電流來控制和操作，行業技術積累時間較短，遠不如NOR  Flash成熟。ATopFlash^©則沿用了成熟且穩定的閾值電壓控制模式，降低了外圍電路設計的復雜度和風險。另外公開數據顯示，盡管MRAM、RRAM已試產于14nm和22nm等更先進的邏輯工藝，但其芯片單位面積卻非常大。而ATopFlash^©技術：

在28nm工藝下就可以實現0.023μm²的顆粒單位面積，幾乎等同于14nm下RRAM的實現的顆粒單位面積0.022μm2。

在40nm工藝下的顆粒單位面積是0.045μm²，甚至優于MRAM在22nm下實現的0.046μm²。

關于技術導入前景，金波表示，“國內許多芯片設計公司都使用過晶圓代工廠提供的電荷陷阱技術，對我們的技術不會陌生，物理機制類似，只不過我們面積小一半。”在其看來，ATopFlash^©技術將為廣闊的嵌入式市場提供遠超傳統NOR  Flash的兼具高性能和極佳成本效益的通用代碼存儲解決方案。

目前，領開半導體已經擁有顛覆性的、受專利保護的底層架構創新，構建起了自身的“技術護城河”。基于ATopFlash^©技術架構，領開半導體目前已獲得中國發明專利17項。

“小眾市場”中的“大機遇”

目前，Nor Flash廣泛應用于可穿戴設備、車載電子、工業控制等等智能化領域，但是市場集中度不高。因此，國際存儲器巨頭紛紛退出中低端NOR  Flash市場，產能讓位于高毛利的高容量產品。

而這正是金波選擇切入這一細分市場的重要考量之一。他認為，NOR  Flash獨特的非易失性、超高隨機讀取速度、可片上執行等特性，使其在系統代碼和預設信息存儲方面具有不可替代性，需求勢必持續增長。隨著各類產品功能多樣化、智能化，Nor  Flash將廣泛應用于消費電子(TWS耳機、可穿戴設備)、物聯網設備、網絡通信(路由器、機頂盒)、顯示驅動等領域，同時在人工智能、大數據、物聯網等新興技術推動下迎來更大的市場機遇。根據Techinsights預測，2024年全球NOR  Flash市場規模達27億美元，同比增長19.74%，2023-2028年的年均復合增長率為8.17%。

對于領開半導體這樣的初創企業而言，切入市場集中度不高、終端應用廣泛的細分市場將有更大的生存空間，特別是基于ATopFlash^©技術的顛覆性的成本和性能優勢，有望在該存量市場中快速實現對傳統產品的替代。此外，解決先進制程下嵌入式存儲方案稀缺的痛點，也正是領開半導體的絕對優勢所在。

“端側AI芯片(Edge AI)這一高增長潛力領域， 是ATopFlash^©技術未來最具想象空間的市場。端側AI應用，像AI  PC、智能手機、智能駕駛等等，需要存儲日益龐大的AI模型和算法代碼，對存儲器的高容量和高速讀取性能提出了新的要求。”金波說，“ATopFlash^©恰好能滿足這些需求，有望成為未來端側AI芯片中理想的嵌入式代碼存儲方案。”

同時，工業應用也是其看好的重點應用領域。工業4.0要求設備具備更高的可靠性和數據處理能力。而ATopFlash^©的高可靠性、寬溫工作范圍以及作為嵌入式IP的靈活性，使其非常適合工業控制器、機器人、高端傳感器等應用。

值得關注的是，汽車的智能化和電動化也帶來了對車載存儲芯片需求的激增。對此，金波表示，盡管汽車行業對芯片的要求極為嚴苛，但基于ATopFlash^©技術的嵌入式Nor  Flash支持-40℃~85℃甚至擴展至125℃的車規級標準。“這個技術架構完全沒有問題，但需做部分簡單工藝調整”，他補充道。未來ATopFlash基于高可靠性特性(如數據保持時間長、抗干擾能力強)，結合創新技術，將進一步提升擦寫壽命和穩定性，應用于對啟動速度及數據可靠性要求極高的汽車電子設備。

如今，領開半導體的ATopFlash^©技術以物理層創新，打破NOR  Flash內卷困局，不僅將填補28nm以下eFlash“市場空白”，更將推動中國存儲芯片從“跟跑”轉向“領跑”，并在全球NOR  Flash市場占據核心地位。