RTN的SRAM誤操作進(jìn)行觀測并模擬的方法簡介

瑞薩電子開發(fā)出了對起因于隨機(jī)電報(bào)噪聲（RTN：Random Telegraph Noise）的SRAM誤操作進(jìn)行觀測并實(shí)施模擬的方法。利用該方法可高精度地估計(jì)22nm以后尖端LSI中的RTN影響，適當(dāng)設(shè)定針對RTN的設(shè)計(jì)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間隨機(jī)變動的現(xiàn)象。業(yè)界普遍預(yù)測，今后隨著微細(xì)化的發(fā)展，RTN將成為導(dǎo)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，開發(fā)了用于分析RTN對電路工作造成的影響，并將分析結(jié)果體現(xiàn)在芯片設(shè)計(jì)中的方法（圖1）。該方法由三項(xiàng)要素構(gòu)成：（1）對起因于RTN的SRAM誤操作進(jìn)行觀測，掌握其發(fā)生概率的方法，（2）在實(shí)用時間內(nèi)對誤操作發(fā)生的概率進(jìn)行模擬的方法，（3）使加速試驗(yàn)的結(jié)果體現(xiàn)在模擬中，以提高精度的方法。此次使通過（2）、（3）方法導(dǎo)出的計(jì)算結(jié)果與（1）加速試驗(yàn)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)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(yù)測起因于RTN的電路誤工作時有效。第二，今后通過提高加速試驗(yàn)的規(guī)模及精度，并體現(xiàn)其結(jié)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。

觀測與模擬的結(jié)果充分吻合

　　（1）以電路水平觀測起因于RTN的誤操作，可以說這是一項(xiàng)對RTN的影響進(jìn)行評估的基本操作。不過，如果是目有微細(xì)化水平的芯片的話，RTN所致誤操作的發(fā)生頻率非常低，很難進(jìn)行觀測。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(yàn)方法。具體而言，就是通過降低SRAM電源電壓，提高字線電壓，來減少讀取數(shù)據(jù)時的工作余度。通過在這種狀態(tài)下反復(fù)讀取數(shù)據(jù)，使RTN所致誤操作頻發(fā)。

　　該加速試驗(yàn)的結(jié)果表明，在發(fā)生工作故障的bit數(shù)的讀取次數(shù)增加的同時，其增加傾向與（2）中所述模擬導(dǎo)出的傾向相吻合（圖3）。而且，該加速試驗(yàn)中生產(chǎn)故障的bit還具有再現(xiàn)性。從這些結(jié)果可以推側(cè)，由此觀測到的工作故障起因于器件內(nèi)部存在的，且隨時間變動的偏差，即RTN。

　　從（2）來看，一般很難以分析式導(dǎo)出RTN所致SRAM誤操作的概率。其原因在于，RTN盡管是依存于時間的現(xiàn)象，但卻無法獲得包括時間項(xiàng)在內(nèi)的完全分析式。因此，使用模擬手段，將時間項(xiàng)作為參數(shù)導(dǎo)入計(jì)算的方法十分有效。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可在計(jì)算中將普通陷阱檢測方法因時間常數(shù)及能量過大或過小而無法檢測的“看不見的陷阱”納入考慮（圖4）。