基于Mix-IS算法的SRAM设计及良率分析

摘要

SRAM是一种重要的存储器，具有速度快、功耗低、可靠性高等优点，被广泛应用于系统级芯片。随着CMOS工艺的不断进步，SRAM的性能不断提高的同时，其生产成本也在不断下降。然而，当工艺尺寸降低到100nm以后，工艺参数的随机变化引起的MOS管阈值电压波动，对SRAM稳定性的影响越来越严重，成为限制SRAM良率提高的重要因素之一。正因为如此，近年来在SRAM，特别是全定制SRAM设计过程中，充分考虑工艺变化的设计思想（variation-aware design）成为业界的一大热点。传统的PVT分析方法已经不能满足先进工艺下对SRAM高良率的要求，采用蒙特卡洛方法分析工艺参数变化对SRAM稳定性及性能的影响已被广泛接纳。
　　本文首先分析了CMOS工艺以及工艺参数变化对SRAM稳定性的影响。随之，鉴于高密度的SRAM对存储单元失效率的严格要求，探讨了蒙特卡罗分析方法存在的收敛速度慢、仿真时间长等问题。为解决这些题，本文基于混合重要性采样算法，实现了一种快速蒙特卡罗方法，该方法在保证仿真精度的基础上，极大地高了仿真速度。将本文所实现的快速蒙特卡罗方法应用到40G工艺32M SRAM测试芯片设计中，通过对 SRAM存储单元稳定性的分析，选择稳定性最好的存储单元，并应用到测试片设计中。最后对所设计测试片进行的一系列仿真数据表明，对于工艺参数变化的影响，测试片仍然具有良好的稳定性，并且存储阵列可以保持非常高的良率。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 半导体存储器概述

1.2 研究背景及意义

1.3 SRAM结构

1.4 SRAM存储单元

1.5 本文主要工作及章节安排

第二章 亚40纳米SRAM稳定性分析

2.1 工艺参数波动变化介绍

2.2 SRAM存储单元失效机制

2.3 SRAM存储单元性能参数

2.4 本章小结

第三章 快速蒙特卡罗算法的实现

3.1 蒙特卡罗方法及其应用

3.2 重要性采样算法

3.3 混合重要性采样算法的实现

3.4 本章小结

第四章 SRAM测试片设计

4.1 SRAM测试片总体结构

4.2 SRAM存储单元设计

4.3 灵敏放大器设计

4.4 外围电路设计

4.5 本章小结

第五章 版图设计及仿真数据分析

5.1 版图设计

5.2 系统仿真与分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢