納米集成電路多種老化效應(yīng)的協(xié)同緩解技術(shù)研究.pdf

1、隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，其工藝尺寸也越來越小，使得電路的集成度與功能得到大幅度的提高，然而這也給電路可靠性帶來更大挑戰(zhàn)。作為影響電路可靠性的一個(gè)重要因素，電路老化，研究者們一直對(duì)其保持著高度關(guān)注。目前關(guān)于老化的研究主要包含老化效應(yīng)模型研究與老化效應(yīng)的優(yōu)化兩個(gè)方面，并且集中于硅基MOS管與集成電路中。當(dāng)集成電路工藝尺寸縮小到45nm及以下時(shí)，為了緩解越來越嚴(yán)重的漏電流現(xiàn)象，高k材料開始引進(jìn)。高k材料的引進(jìn)使PBTI效應(yīng)對(duì)晶體管的影響得

2、到研究者的高度關(guān)注，并且和其他老化效應(yīng)的聯(lián)合優(yōu)化是目前所欠缺的。本文主要是研究隨著高k柵介質(zhì)晶體管的使用，關(guān)于多種電路老化效應(yīng)的聯(lián)合優(yōu)化問題。
　　當(dāng)CMOS器件的特征尺寸減小到45nm以下時(shí)，高k柵介質(zhì)材料的引入使得發(fā)生在NMOS管上的正偏置溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)和熱載流子注入效應(yīng)變得越來越顯著。這兩種老化效應(yīng)會(huì)引起晶體管閾值電壓上升，電路發(fā)生時(shí)序違規(guī)，功能失效。本文考慮了晶體管堆疊效應(yīng)對(duì)串聯(lián)晶體管的信號(hào)占空比和開關(guān)概率的影響，提出了

3、一種更精確的PBTI和HCI效應(yīng)的老化模型，并引入綜合考慮信號(hào)占空比和開關(guān)概率的W衡量值，根據(jù)W值的大小對(duì)輸入信號(hào)重排序，來減小PBTI和HCI效應(yīng)引起的電路老化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與HSPICE仿真結(jié)果相比，原有模型的平均誤差為3.9％，而本文所提模型的平均誤差能減小到1.4％，利用W值排序法進(jìn)行晶體管輸入信號(hào)重排序，邏輯門的壽命平均可以提高11.7％。
　　在高k材料晶體管中，PBTI效應(yīng)越來顯著，以前只優(yōu)化NBTI效應(yīng)而忽略PB

4、TI效應(yīng)是不完善的。本文通過分析這兩種老化效應(yīng)與單元門晶體管結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可以得知，對(duì)于與非門，PBTI效應(yīng)產(chǎn)生的老化約為NBTI效應(yīng)的1.27倍，而對(duì)于或非門，NBTI效應(yīng)產(chǎn)生的老化約為PBTI效應(yīng)的2.19倍，即NBTI與PBTI效應(yīng)對(duì)與非門和或非門的老化影響結(jié)果相反。由此，本文使用晶體管輸入信號(hào)重排序方法對(duì)這兩種老化效應(yīng)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將NBTI和PBTI效應(yīng)綜合考慮，會(huì)使電路壽命平均提高10.8％，最高可以提高17.3