瑞薩科技與松下開(kāi)發(fā)新SRAM制造技術(shù)

　　瑞薩科技（Renesas Technology Corp.）與松下電器產(chǎn)業(yè)有限公司宣布，共同開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，可以使45nm工藝傳統CMOS的SRAM（靜態(tài)隨機存取存儲器）穩定工作。這種SRAM可嵌入在SoC（系統(集成)芯片）器件和微處理器（MPU）當中。經(jīng)測試證實(shí)，采用該技術(shù)的512Kb SRAM的實(shí)驗芯片，可以在寬泛的溫度條件下（-40℃－125℃）穩定工作，而且在工藝發(fā)生變化時(shí)具有較大的工作電壓范圍裕量。用于實(shí)驗的SRAM芯片采用45nm CMOS工藝生產(chǎn)，集成了兩種不同的存儲單元設計，一個(gè)元件面積僅有0.327μm2，另一個(gè)元件面積為0.245μm2——這是全球最小的水平，更小的存儲單元是利用減少處理尺寸裕量實(shí)現的。

　　關(guān)于這一技術(shù)的進(jìn)展細節，將在舊金山舉行的2007國際固態(tài)電路會(huì )議（ISSCC 2007）上，進(jìn)行宣講。該技術(shù)創(chuàng )新具有重大意義，主要由于SRAM是用于嵌入式控制應用的SoC和MPU上的十分重要的片上功能，市場(chǎng)趨勢表明，隨著(zhù)應用變得更加復雜，則需要更多的SRAM。這是因為當半導體工藝縮小，生產(chǎn)設備功能所需的SRAM進(jìn)行穩定工作，將會(huì )變得更加困難。采用新制造技術(shù)生產(chǎn)的45nm工藝SRAM，以低成本實(shí)現了芯片的高性能，因為它使用的是傳統CMOS，而不是比較昂貴的硅絕緣體（SOI）材料。

　　目前，隨著(zhù)LSI制造工藝的不斷進(jìn)步、進(jìn)一步小型化，使晶體管特性發(fā)生了顯著(zhù)的變化，尤其是柵極限電壓（Vth），它可能影響SRAM的工作。隨著(zhù)該項新技術(shù)的出現，主要解決了不可避免的Vth變化所引起的問(wèn)題。據了解，Vth的變化有兩種形式：一種形式是全面的Vth變化，會(huì )出現在逐芯片或逐晶圓的情況下，晶體管形狀會(huì )隨柵極長(cháng)度和柵極寬度不同等出現細微的差別，因此它會(huì )在芯片中顯示出同方向的偏差。以前全面Vth的變化是SRAM設計人員不得不克服的主要挑戰。

　　相比之下，另一種形式，本機Vth變化是由半導體中的雜質(zhì)狀態(tài)的波動(dòng)引起的，甚至在同樣形狀的相鄰晶體管中也會(huì )出現。因此，它是隨機發(fā)生的且沒(méi)有方向性。隨著(zhù)晶體管小型化的發(fā)展，本機Vth變化首先出現在90nm工藝中。這是采用45nm工藝的嵌入式SRAM應用所必須面對的一個(gè)主要挑戰。

　　半導體行業(yè)一直積極推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，以實(shí)現SRAM穩定工作，不過(guò)，影響45nm工藝的Vth變化問(wèn)題還需要技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。瑞薩與松下共同開(kāi)發(fā)了兩種元件，采用6晶體管型SRAM存儲單元解決方案，一個(gè)是可對Vth變化進(jìn)行自動(dòng)調整的讀輔助電路，另一個(gè)是采用分層結構電源布線(xiàn)的寫(xiě)輔助電路。

　　這種新型讀輔助電路的補償功能采用了一種被動(dòng)元件電阻功能，類(lèi)似于存儲單元的布局功能，由于存儲單元變化和阻值的波動(dòng)被聯(lián)系在一起，從而減少了Vth變化的影響。這種補償功能可以自動(dòng)地調整與溫度和工藝變化有關(guān)的電壓。因此，即使受到溫度增加和工藝變化的影響，在存儲單元電氣特性的對稱(chēng)性降低的情況下，各種工作條件下存儲單元讀操作的穩定性也可以得到保證。

　　此外，新型寫(xiě)輔助電路在存儲單元的柱式單元電源線(xiàn)中，增加了更精細的電源線(xiàn)（劃分為8條）。在某種意義上寫(xiě)操作所需的隔離只在必要的地方執行，而且它可實(shí)現分層結構的電源布線(xiàn)，這將減少關(guān)鍵區域的電源線(xiàn)電容，有助于在高速時(shí)將電源線(xiàn)電位降到低電位。實(shí)驗芯片的測量表明，與沒(méi)有采用上述技術(shù)的SRAM設計相比，即使在最壞條件（－40℃，最小工作電壓和最差工藝條件）下，新型寫(xiě)輔助電路也可以顯著(zhù)改善SRAM的寫(xiě)速度。