65nm工藝DICE存儲單元的SEU機(jī)理分析與加固技術(shù)研究.pdf

1、太空環(huán)境中含有大量的高能粒子，這些高能粒子的存在將對航天器的正常工作構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。當(dāng)航天器中的半導(dǎo)體器件受到粒子的轟擊時(shí)，在半導(dǎo)體器件中會引起各種各樣的效應(yīng)，這些效應(yīng)嚴(yán)重威脅著半導(dǎo)體器件的可靠性。當(dāng)組合邏輯電路受到粒子的轟擊時(shí)，有可能會產(chǎn)生SET，如果組合邏輯電路中的SET傳播至?xí)r序邏輯電路，或者時(shí)序邏輯電路直接受到粒子的轟擊，時(shí)序邏輯電路中有可能會發(fā)生SEU。為了降低SEU發(fā)生的概率，一些研究設(shè)計(jì)了一種采用雙模冗余結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)單個(gè)節(jié)點(diǎn)

2、翻轉(zhuǎn)后自我恢復(fù)的存儲單元，這種存儲單元采用了與普通的存儲單元的節(jié)點(diǎn)相互補(bǔ)的雙模冗余結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對 SEU有很好的抑制作用。但是，隨著工藝尺寸的減小，DICE存儲單元中的雙模冗余結(jié)構(gòu)所能起到的加固效果越來越差，本文針對65nm工藝下DICE存儲單元的電路特點(diǎn)及翻轉(zhuǎn)機(jī)理展開了一系列的敏感性的研究并且根據(jù)敏感性的研究提出了一些相應(yīng)的加固技術(shù)，取得的成果如下：
　　綜合分析了DICE存儲單元的電路特點(diǎn)，并且利用TCAD模擬軟件測定了DI

3、CE敏感節(jié)點(diǎn)對的敏感特性曲線及LET翻轉(zhuǎn)閾值隨敏感節(jié)點(diǎn)對距離變化的曲線，發(fā)現(xiàn)由于PMOS中的雙極效應(yīng)增加了PMOS的敏感性，NMOS中的反向雙極效應(yīng)增加了 NMOS的穩(wěn)定性，所以當(dāng)敏感節(jié)點(diǎn)對之間的距離較大時(shí)， PMO S的翻轉(zhuǎn)閾值遠(yuǎn)小于N MO S的翻轉(zhuǎn)閾值。
　　深入研究了電壓和版圖結(jié)構(gòu)對DICE敏感性的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)敏感節(jié)點(diǎn)對之間的距離較小時(shí)，工作電壓降低，電荷擴(kuò)散作用被削弱，敏感節(jié)點(diǎn)對的LET翻轉(zhuǎn)閾值將大幅度減小，而雙極效應(yīng)引

4、起的收集電荷量幾乎沒有影響，所以當(dāng)敏感節(jié)點(diǎn)對的距離較大時(shí)，電壓對N MO S的翻轉(zhuǎn)閾值的影響比較顯著，而對PMO S翻轉(zhuǎn)閾值的影響相對較小，而且當(dāng)敏感節(jié)點(diǎn)對的距離達(dá)到1.37μm時(shí)，電壓對PMOS的翻轉(zhuǎn)閾值的影響幾乎可以忽略；發(fā)現(xiàn)阱接觸的面積對雙極效應(yīng)的影響比較顯著而對電荷擴(kuò)散幾乎沒有影響，所以當(dāng)敏感節(jié)點(diǎn)對的距離比較大時(shí)，阱接觸面積的減小增強(qiáng)了PMOS中的雙極效應(yīng)，削弱了NMOS中的反向雙極效應(yīng)，從而同時(shí)減小了PMOS和NMOS的翻轉(zhuǎn)閾

5、值，而敏感節(jié)點(diǎn)對的距離比較小時(shí)幾乎沒有影響，上述兩條發(fā)現(xiàn)為DICE的低功耗設(shè)計(jì)和版圖加固設(shè)計(jì)提供了理論參考。
　　深入研究了三阱工藝和SOI工藝下DICE的SEU敏感性，發(fā)現(xiàn)雖然N+深阱在NMOS中產(chǎn)生了雙極效應(yīng)減小了NMOS的LET翻轉(zhuǎn)閾值，但是卻對PMOS中的雙極效應(yīng)有很好的抑制作用，明顯增大了PMOS的LET翻轉(zhuǎn)閾值，為采用新工藝對DICE存儲單元進(jìn)一步加固指明了研究方向。
　　融合了多標(biāo)準(zhǔn)單元層（multi-cell