本文關(guān)鍵詞：納米集成電路多種老化效應(yīng)的協(xié)同緩解技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 可靠性 晶體管老化 高k柵介質(zhì)晶體管 晶體管堆疊效應(yīng) 輸入重排 偏置溫度不穩(wěn)定性 熱載流子注入效應(yīng)

【摘要】：隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,其工藝尺寸也越來(lái)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(lái)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(lái)越嚴(yán)重的漏電流現(xiàn)象,高k材料開(kāi)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(wèn)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(lái)越顯著。這兩種老化效應(yīng)會(huì)引起晶體管閡值電壓上升,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(kāi)關(guān)概率的影響,提出了一種更精確的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(kāi)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(lái)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(lái)顯著,以前只優(yōu)化NBTI效應(yīng)而忽略PBTI效應(yīng)是不完善的。本文通過(guò)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%。
【關(guān)鍵詞】：可靠性 晶體管老化 高k柵介質(zhì)晶體管 晶體管堆疊效應(yīng) 輸入重排 偏置溫度不穩(wěn)定性 熱載流子注入效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN40
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 研究背景與意義15-17
• 1.2 集成電路老化效應(yīng)17-20
• 1.2.1 BTI效應(yīng)17-18
• 1.2.2 HCI效應(yīng)18-19
• 1.2.3 TDDB效應(yīng)19-20
• 1.2.4 EM效應(yīng)20
• 1.3 國(guó)內(nèi)外電路老化研究現(xiàn)狀20-23
• 1.3.1 對(duì)一種老化效應(yīng)的建模和優(yōu)化21-23
• 1.3.2 對(duì)多種老化效應(yīng)的聯(lián)合建模和協(xié)同優(yōu)化23
• 1.4 論文的主要工作和內(nèi)容安排23-25
• 第二章 電路老化效應(yīng)模型與MOS器件的耦合效應(yīng)研究25-37
• 2.1 老化效應(yīng)的模型研究25-29
• 2.1.1 BTI效應(yīng)模型25-28
• 2.1.2 HCI效應(yīng)模型28-29
• 2.1.3 TDDB效應(yīng)模型29
• 2.2 MOS器件的耦合效應(yīng)29-32
• 2.2.1 高溫條件下NBTI增強(qiáng)的HCI效應(yīng)29-31
• 2.2.2 襯底熱載流子耦合的TDDB效應(yīng)31-32
• 2.3 Hspice仿真工具32-35
• 2.3.1 HSPICE仿真的基本框架32-33
• 2.3.2 MOSRA模型介紹33-35
• 2.4 靜態(tài)時(shí)序分析軟件35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 協(xié)同緩解PBTI和HCI老化效應(yīng)的研究37-47
• 3.1 研究動(dòng)機(jī)37
• 3.2 考慮晶體管堆疊效應(yīng)的PBTI和HCI效應(yīng)老化模型37-42
• 3.2.1 PBTI和HCI效應(yīng)老化模型37-38
• 3.2.2 晶體管堆疊對(duì)老化效應(yīng)的影響38-39
• 3.2.3 PBTI和HCI效應(yīng)的模型改進(jìn)39-42
• 3.3 輸入信號(hào)重排序抗老化方案42-44
• 3.3.1 輸入信號(hào)重排序減小PBTI效應(yīng)42
• 3.3.2 輸入信號(hào)重排序減小HCI效應(yīng)42-43
• 3.3.3 協(xié)同減小PBTI和HCI效應(yīng)引起的老化43-44
• 3.4 仿真結(jié)果與分析44-46
• 3.4.1 模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證44-45
• 3.4.2 輸入信號(hào)重排序抗老化結(jié)果45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 NBTI和PBTI老化效應(yīng)的聯(lián)合優(yōu)化研究47-55
• 4.1 研究動(dòng)機(jī)47-48
• 4.2 BTI效應(yīng)的模型分析及對(duì)單元門的影響48-51
• 4.2.1 BTI模型48
• 4.2.2 BTI效應(yīng)對(duì)邏輯單元門的影響48-49
• 4.2.3 BTI效應(yīng)與晶體管堆疊效應(yīng)的關(guān)系49-51
• 4.3 利用晶體管重排技術(shù)對(duì)NBTI和PBTI效應(yīng)的聯(lián)合優(yōu)化51-52
• 4.4 仿真結(jié)果與分析52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 結(jié)論與展望55-57
• 5.1 研究工作總結(jié)55
• 5.2 未來(lái)工作展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 攻讀碩士期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況62

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本文編號(hào)：978112