深亚微米SRAM存储单元稳定性研究

摘要

在深亚微米工艺条件下，芯片内部可变性日益增加，电源电压VDD日渐降低，使得SRAM存储单元稳定性受到一定影响，所以我们需要一种简单高效的稳定性判断方法来缩短设计时间。并且随着器件尺寸等比例缩小，芯片集成度升高，封装密度上升，这一系列的变化都会导致一些意想不到的问题，使得半导体存储器件的可靠性变差。例如，阿尔法粒子注入引发的软错误(Soft Error)问题正日益受到关注。
　　 本文首先介绍了传统的SRAM单元稳定性判断方法：静态噪声容限(SNM)。随后引入一种新型N型曲线法对单元的读写操作进行分析，发现该方法比SNM有着明显的优越性。它不但能提供存储单元的电压信息，还能提供电流信息，综合两者能做出更准确的稳定性判断。此外，N型曲线法比SNM实现起来也容易很多，只要通过电路仿真即可实现，不需要另外的数学运算求静态噪声容限的值。运用N型曲线法对6T存储单元电路进行仿真，研究电源电压VDD、单元比率r、上拉比率q对存储单元读写操作的稳定性影响，得出以下结论：VDD的增大使得读操作稳定性增强而写能力却降低；单元比率r升高有利于改善读稳定性；降低上拉比率q有利于提高单元写能力。
　　 然后，针对目前SRAM存储单元面临的α粒子注入引起的软错误问题，用一个简化的反相器模型，模拟其在α粒子注入时的输出变化。将该输出用作SRAM存储单元电路仿真的输入信号，从而研究α粒子注入对存储单元双稳电路的稳定性影响。其中，α粒子的注入通过一个单指数电流源来模拟。得出结论：PMOS等效电阻越大或者存储节点电容越小，α粒子的注入越容易导致存储单元软错误的发生，以及关键电荷(Critical Charge)的值越小，发生软错误的可能性越大。
　　 最后，利用N型曲线法，比较分析了有无α粒子注入时的单元稳定性，发现当α粒子注入时单元的读稳定性下降，而写能力却得到增强。