一种先进CMOS工艺下抗单粒子瞬态加固的与非门

作     者：史柱 肖筱 王斌 杨博 卢红利 岳红菊 刘文平 SHI Zhu;XIAO Xiao;WANG Bin;YANG Bo;LU Hongli;YUE Hongju;LIU Wenping

作者机构：西安微电子技术研究所西安710065 抗辐射集成电路国防科技重点实验室(西安微电子技术研究所)西安710065 

出 版 物：《哈尔滨工业大学学报》 (Journal of Harbin Institute of Technology)

年 卷 期：2023年第55卷第5期

页      面：114-121页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家重大专项资助(414240102033) 

主　　题：辐射加固 单粒子瞬态 组合逻辑 与非门 工艺 

摘      要：先进纳米集成电路工艺的发展使得微电子器件翻转的阈值电荷不断降低,导致数字电路中由单粒子效应引起的软错误率增加。为加强集成电路中标准单元的抗辐射特性,本文提出了一种抗单粒子瞬态(single-event transient,SET)加固的与非门结构。在三阱工艺下,通过将下拉网络中每一个NMOS管的衬底和源极各自短接,便有效地提高了与非门抗辐射性能,而且随着输入端数目的增加,本文提出的与非门加固效果更加明显。利用Sentaurus TCAD软件的混合仿真模式进行粒子入射仿真实验,对于与输出节点相连的NMOS管采用经过工艺校准的三维物理模型,其他MOS管采用工艺厂商提供的Spice模型。结果显示:在40 nm工艺下,当入射粒子线性能量传输(linear energy transfer,LET)值为10 MeV·cm^(2)/mg时,本文提出的2输入与非门能够在3种输入的情况下降低输出电压扰动幅度。其中在N_(2)管关闭的输入模式下,达到了对单粒子入射免疫的效果;对于3输入与非门,即使在“最坏输入的情况下,也能使输出电压翻转幅度降低85.4%。因此,本文提出的与非门加固方法起到了显著的抗单粒子瞬态效果。