實(shí)現(xiàn)65nm工藝SRAM穩(wěn)定運(yùn)行,瑞薩開發(fā)出新技術(shù)
在日前舉行的超大規(guī)模集成電路（VLSI）2006年專題研討會(huì)上,瑞薩科技公司宣布,開發(fā)出一種有助于采用65nm制造工藝生產(chǎn)的SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)。新技術(shù)采用了一種直接圖形成型布局和讀輔助及寫輔助電路,以克服采用精細(xì)特征工藝技術(shù)時(shí)由于晶體管固有特性可變性帶來(lái)的SRAM不穩(wěn)定問題。尤其是,該技術(shù)解決了與門限電壓（Vth）有關(guān)的諸如晶體管導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)的邊線電壓的重要問題。
采用65nm工藝的面積最小（0.494μm2）的存儲(chǔ)單元測(cè)試芯片包含一個(gè)8Mbit 6晶體管型SRAM,利用該芯片對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行能力進(jìn)行了驗(yàn)證。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,利用這種設(shè)計(jì)方法可以在大批量生產(chǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)寬泛的整體Vth的可變性——與不采用該方法的情況相比產(chǎn)量可提高兩倍以上。其應(yīng)用包括用于微處理器和系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）器件的嵌入式SRAM。
新的穩(wěn)定性技術(shù)包括三個(gè)方面。首先,它可利用直接成型的存儲(chǔ)單元布局抑制可變性。第二和第三,在SRAM陣列上加上兩種類型的輔助電路。一個(gè)是有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和高性能兼容的讀輔助電路,一個(gè)是可提高寫速度的寫輔助電路。用于使用了更小的特征尺寸,上述電路需要采用更加精細(xì)的大規(guī)模集成電路制造工藝。
此外,由于進(jìn)一步的小型化將引起晶體管主要特性更大的變化,尤其是門限電壓（Vth）的變化。本機(jī)Vth可變性尤其令人關(guān)注。這種隨機(jī)現(xiàn)象是由半導(dǎo)體中的雜質(zhì)狀態(tài)的波動(dòng)造成的,甚至在同樣類型的相鄰的晶體管中也會(huì)出現(xiàn)。這種情形可能引起嵌入式SRAM的運(yùn)行不穩(wěn)定,而且還可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定,甚至造成系統(tǒng)故障。
新的穩(wěn)定性技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一種可直接進(jìn)行芯片布局圖形成型的工藝技術(shù),而無(wú)需對(duì)局部尺寸進(jìn)行修改。這樣就可以簡(jiǎn)化圖形成型過程,而且晶體管的成品尺寸也更加一致。這種對(duì)晶體管特性可變性的抑制,有助于改善存儲(chǔ)單件電氣特性的對(duì)稱性和穩(wěn)定性。
Vth處于低狀態(tài)時(shí),讀輔助電路將自動(dòng)控制字線電位,使之降低以增加穩(wěn)定性;當(dāng)Vth處于高狀態(tài)時(shí),該字線電位升高,可實(shí)現(xiàn)更高的加速性能。即使本機(jī)Vth可變性增加,導(dǎo)致電氣特性的對(duì)稱性惡化的話,也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和高超性能之間的兼容性。
在一次寫操作期間,采用布線電容的寫輔助電路可迅速降低存儲(chǔ)單元電源線的電壓。在短短0.3ns該電壓即可下降到大約0.1V,從而提高了SRAM的寫速度。
瑞薩指出,在今年的2006年VLSI電路專題研討會(huì)上發(fā)布的穩(wěn)定性方法可以解決與工藝小型化有關(guān)的基本問題。因此,公司期待該技術(shù)將有助于改進(jìn)采用更精細(xì)半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的未來(lái)系統(tǒng)級(jí)芯片器件的制造工藝。
