超深亞微米SRAM靜態(tài)穩(wěn)定性的研究.pdf

1、SRAM作為巨規(guī)模集成電路以及微處理器中的高速緩沖存儲(chǔ)器,占據(jù)了大量芯片面積,一般采用最小線寬以限制其面積.選擇它來研究特征尺寸縮小對(duì)大規(guī)模集成電路穩(wěn)定性的影響具有普遍意義.SRAM存儲(chǔ)單元由兩個(gè)倒相器互相耦合構(gòu)成,它的穩(wěn)定性是指抵抗外部靜態(tài)干擾噪聲的能力,通常用"靜態(tài)噪聲容限(SNM)"表征.SNM的定義是:使存儲(chǔ)單元狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的最小直流噪聲電壓;一般考慮最壞情況,即某種直流噪聲相反地存在于耦合倒相器的兩個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上.決定最差情況SNM

2、的最直觀標(biāo)準(zhǔn)是"最大方塊邊長",即SRAM單元中兩個(gè)耦合倒相器的電壓轉(zhuǎn)移特性曲線之間的最大方塊的邊長,等于最壞情況下SNM的大小.SRAM分成六管單元和四管單元兩種,從工藝角度、尤其是在存儲(chǔ)穩(wěn)定性方面,六管單元顯示出相對(duì)四管單元的優(yōu)勢(shì),因此該文的研究也主要基于六管SRAM單元展開.該文采用基于物理的α指數(shù)模型,推導(dǎo)出超深亞微米SRAM單元的傳輸函數(shù),進(jìn)而求出SNM的解析模型,并利用HSPICE軟件模擬進(jìn)行了驗(yàn)證.該模型考慮了深亞微米MO

3、SFET的亞閾值特性、遷移率與電場(chǎng)的關(guān)系、載流子速度飽和、漏致勢(shì)壘降低效應(yīng)、閾值電壓偏離等效應(yīng).對(duì)SNM的解析分析將有助于理解其物理本質(zhì),在設(shè)計(jì)中能夠明確參數(shù)的優(yōu)化方向,提高效率.該文在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步全面分析了超深亞微米工藝特點(diǎn)對(duì)穩(wěn)定性的影響.首先,特征尺寸的縮小導(dǎo)致原子量級(jí)的本征藝波動(dòng)問題嚴(yán)重化,產(chǎn)生單元中相鄰晶體管的閾值電壓失配,溝道長度和寬度失配;而各類單元和陣列寄生電阻也隨特征尺寸的縮小而增大.該文研究了上述非理想因素對(duì)單元穩(wěn)定

4、性的影響:采用推導(dǎo)出SNM的解析模型以及HSPICE模擬軟件對(duì)參數(shù)失配問題進(jìn)行了分析;采取電路一級(jí)近似的計(jì)算方法,考慮寄生電阻對(duì)SNM的解析模型進(jìn)行修正,并與HSPICE模擬結(jié)果進(jìn)行了比較.其次,超深亞微米工藝中柵氧化厚度的嚴(yán)重波動(dòng)導(dǎo)致?lián)舸r(shí)間下降,擊穿后的SRAM存儲(chǔ)單元有可能并不影響邏輯功能,但使電路的穩(wěn)定性退化或改變.該文在對(duì)現(xiàn)有的超薄氧化層擊穿理論做出評(píng)價(jià)后,采用滲透理論以及擊穿后MOSFET的等效電路模型,分析了柵氧化短路的S