OTP - FUSING 이란?

OTP 란 One Time Programmable 의 약자로, 다시 말해 메모리다.

메모리의 종류는 휘발성과 비휘발성이 있는데, 한 번 데이터가 저장되면 쉽게 지워지지 않는 '비휘발성' 메모리의 일환으로 OTP 메모리라 칭합니다. OTP의 종류로는 3가지 종류가 있습니다. 

 

1. Floating GATE Memory 

Floating gate 메모리의 구조는 하기와 같은데요, 데이터 저장 방식은 Floating gate에 전자를 charging & discharging 하는 방식으로 0과 1의 값을 저장합니다. 보통 전자가 charging되면 음(-)의 전하값이므로 0, 그 반대의 경우는 1 을 저장 합니다. 

 

Charging : 중간의 floating gate에 전자를 차징

-> Control gate ON(+) -> Source와 Drain 사이의 channel의 전자들이 control gate 방향으로 힘을 받음 -> Tunnel Oxide를 통과하여 Floating gate에 charging -> data : 0 을 Floating gate에 쓰는 경우

tunnel oxide 에 대해 자세히 모르시는 분들은 아래 정리된 글을 한 번 보시는 것도 추천 드립니다.

Discharging: 중간의 floating gate에 charging된 전자들을 방출 

-> Control gate OFF(-) -> Source와 Drain 사이의 channel의 전자들이 control gate 반대 방향으로 힘을 받음 -> Tunnel Oxide를 통과하여 Channel 로 이동-> data : 1 을 Floating gate에 쓰는 경우

 

Floating gate 한개당 1비트 를 저장하는 꼴이므로, 64bit 시스템의 경우 해당 Floating gate가 64개가 존재한다고 볼 수 있습니다. 

Floating gate memory 구조

 

 

2. OTP Fusing Memory

하기는 eFUSE OTP CELL의 구조입니다. 즉, OTP Fusing 이란 메모리 셀 소자의 eFUSE선을 단락시켜 데이터를 저장하는 Fusing 방식의 메모리 입니다.  노란색 마킹된 eFUSE 선을 제외한 구조는 메모리 CELL 안의 구조마다 바뀔 수 있습니다. 

중요한 것은, 각각의 메모리 CELL 안에 배선된 eFUSE 선을 SL(선택 라인) 의 신호 유무에 따라 단락시켜 데이터를 저장하는 방식이 OTP FUSING 의 핵심 입니다. eFUSE 선이 단락될 때가 DATA값이 0일 수도 있고, 1일 수도 있으며, 이것은 설계자의 의도대로 설정될 수 있습니다. (eFUSE 선이 단선 되었다고 데이터가 꼭 0이 아닐 수도 있다는 뜻)

해당 OTP Fusing 방식은 PMIC 나 기타 다른 CHIP들에 데이터를 저장할 때 많이 사용되는 방식입니다. 이미 설계되어 만들어진 CHIP에 신호를 인가하여 추가적인 DATA를 저장하는 방식이므로, 후공정 TEST 단계에서 CHIP을 Addresssing하는데 사용되기도 합니다. 

OTP_eFUSE CELL

3. Anti Fusing OTP Memory

Anti Fusing 방식은 간략하게만 설명 드리겠습니다. 해당 방식은 2번의 OTP Fusing 방식에서 '집적도' 측면을 향상한 version 이라 보시면 될 것 같습니다. 기존 OTP Fusing 방식이 eFUSE 선을 길게 따로 빼놓아 SL(선택라인)과 연결시켜 놓아야 하는 반면, Anti Fusing 방식은 트랜지스터 Channel의 electronic migration을 유도하여 트랜지스터 내부 전하의 배치구조만 바꾸는 방식입니다.  따라서 집적도도 좋아지고, 채널 전하가 뒤틀린 구조도 다시 원상태로 복구하기가 쉬운 장점이 있습니다. (OTP FUSING 같은 경우, eFUSE 선이 단락되면 다시 붙일수가 없으므로 영구적인 방식인 방면)

해당 Anti Fusing 방식은 GATE에 Break down voltage를 인가하여 데이터를 쓰게 됩니다. 

사실 여기서 계속 설명드린 OTP는 즉 eFUSE OTP 로서, eFUSE 선을 조작하므로서 CHIP에 OTP를 write(쓰는) 방식인데요, OTP 와 Fusing 의 의미는 eFUSE 선의 단락 여부에 사용되는 것 말고도 다양합니다. 

CHIP Maker로서 ( apple, 퀄컴 등) OTP - FUSING의 의미는 동일한 CHIP의 내부에 다른 OTP를 저장하여 구분짓는 것입니다. 조금 의미가 와닿지 않을 수도 있는데, 더 자세한 내용은 반도체 TEST 관련된 내용이 포함될 수 밖에 없는데, 

하기 제가 쓴 다른 글을 참조해 보시는 것도 좋을 거 같습니다. 

OTP - Fusing 이란?(2)

 

 

이로서 OTP 의 정의와 3가지 종류에 대해 알아보았습니다. 그 중, OTP FUSING 방식은 가장 많이 사용되고 있는 방식이며, 추후 설명할 RTOS( Real time operating System) 의 운영체제에서 task 순서처리에 가장 중요한 역할을 하므로, 기억해두시면 RTOS 관련글 이해에 도움이 될 것 입니다. 

RTOS 의 정의와 OTP와의 관계