起因于RTN的SRAM誤操作進(jìn)行觀(guān)測并模擬的方法

瑞薩電子開(kāi)發(fā)出了對起因于隨機電報噪聲（RTN：Random Telegraph Noise）的SRAM誤操作進(jìn)行觀(guān)測并實(shí)施模擬的方法。利用該方法可高精度地估計22nm以后尖端LSI中的RTN影響，適當設定針對RTN的設計余度。該公司已在“2010 Symposium on VLSI Technology”（2010年6月15～17日，美國夏威夷檀香山）上發(fā)表了該成果（論文編號：18.1）。

　　RTN是一種因晶體管載流子被柵極絕緣膜等中的陷阱捕獲或釋放，而使晶體管閾值電壓隨時(shí)間隨機變動(dòng)的現象。業(yè)界普遍預測，今后隨著(zhù)微細化的發(fā)展，RTN將成為導致LSI工作故障的主要原因。瑞薩此前一直在推進(jìn)RTN的分析及模型化研究。目前已在RTN公式化以及陷阱能級分布的推測方法等方面取得了成果。

　　此次該公司以SRAM為對象，開(kāi)發(fā)了用于分析RTN對電路工作造成的影響，并將分析結果體現在芯片設計中的方法（圖1）。該方法由三項要素構成：（1）對起因于RTN的SRAM誤操作進(jìn)行觀(guān)測，掌握其發(fā)生概率的方法，（2）在實(shí)用時(shí)間內對誤操作發(fā)生的概率進(jìn)行模擬的方法，（3）使加速試驗的結果體現在模擬中，以提高精度的方法。此次使通過(guò)（2）、（3）方法導出的計算結果與（1）加速試驗的結果實(shí)現了充分吻合。在這一方面，值得一提的是以下兩點(diǎn)。第一，瑞薩以前一直在探討的RTN分析式在預測起因于RTN的電路誤工作時(shí)有效。第二，今后通過(guò)提高加速試驗的規模及精度，并體現其結果，便有望將模擬精度提高到實(shí)用水平。

　　下面分別介紹一下（1）、（2）、（3）的概要。

觀(guān)測與模擬的結果充分吻合

　?。?）以電路水平觀(guān)測起因于RTN的誤操作，可以說(shuō)這是一項對RTN的影響進(jìn)行評估的基本操作。不過(guò)，如果是目有微細化水平的芯片的話(huà)，RTN所致誤操作的發(fā)生頻率非常低，很難進(jìn)行觀(guān)測。因此，瑞薩采用了有意減小SRAM的工作余度，提高RTN所致誤操作頻率的方法（圖2）。即加速試驗方法。具體而言，就是通過(guò)降低SRAM電源電壓，提高字線(xiàn)電壓，來(lái)減少讀取數據時(shí)的工作余度。通過(guò)在這種狀態(tài)下反復讀取數據，使RTN所致誤操作頻發(fā)。

　　該加速試驗的結果表明，在發(fā)生工作故障的bit數的讀取次數增加的同時(shí)，其增加傾向與（2）中所述模擬導出的傾向相吻合（圖3）。而且，該加速試驗中生產(chǎn)故障的bit還具有再現性。從這些結果可以推側，由此觀(guān)測到的工作故障起因于器件內部存在的，且隨時(shí)間變動(dòng)的偏差，即RTN。

　　從（2）來(lái)看，一般很難以分析式導出RTN所致SRAM誤操作的概率。其原因在于，RTN盡管是依存于時(shí)間的現象，但卻無(wú)法獲得包括時(shí)間項在內的完全分析式。因此，使用模擬手段，將時(shí)間項作為參數導入計算的方法十分有效。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可在計算中將普通陷阱檢測方法因時(shí)間常數及能量過(guò)大或過(guò)小而無(wú)法檢測的“看不見(jiàn)的陷阱”納入考慮（圖4）。

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