[發明專利]一種冗余結構靜態隨機存儲單元

有效

• 申請號: 201310258585.2
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103337252A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 潘立陽;劉雪梅;伍冬;陳虹;麥宋平
• 申請（專利權）人: 清華大學;清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G11C11/413
• 分類號: G11C11/413
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明屬于存儲器技術領域，具體涉及一種冗余結構靜態隨機存儲單元。

背景技術

SRAM（Static?Random?Access?Memory），即靜態隨機存取存儲器，SRAM作為半導體存儲器大家族的主要成員，是世界上應用最廣泛的存儲器，它是數字處理、信息處理、自動控制設備中不可缺少的部件。

在深亞微米工藝條件下,芯片內部可變性日益增加,電源電壓VDD日漸降低,使得SRAM存儲單元穩定性受到一定影響,并且隨著器件尺寸等比例縮小,芯片集成度升高,封裝密度上升,這一系列的變化都會導致一些意想不到的問題,使得半導體存儲器件的可靠性變差。高能帶電粒子入射SRAM單元敏感節點引起的軟錯誤(Soft?Error)問題正日益受到關注。隨著工藝節點地逐漸降低，存儲單元功耗成為靜態隨機存儲器設計的極大挑戰。系統級集成電路設計迫切需要高可靠性低功耗SRAM存儲單元。

隨著空間技術的快速發展，越來越多的SRAM器件被應用到各類航天器和衛星的控制系統中。在空間輻射環境中，高能粒子（質子、中子、α粒子和其他重離子）轟擊微電子電路的敏感區時會引發單粒子效應（Single?Event?Effect，SEE）。高能帶電粒子射入半導體器件，通過與半導體材料相互作用，很快地損失掉能量。帶電粒子所損失的能量，是電子從價帶跳到導帶。于是在導帶中有了電子，在價帶中留下空穴，形成電子空穴對，引入非平衡載流子。有電場時，電子空穴對在電場的作用下向相反的方向運動，被不同的電極收集，形成瞬態電流。瞬態電流會使節點電勢變化，引起器件邏輯狀態翻轉。通常認為，截止管漏區反偏PN結的空間電荷區構成器件的靈敏區，其電場足以使電子空穴對分離，并被電極收集。這種由于粒子轟擊時產生的單粒子效應而改變存儲單元的邏輯狀態的現象，稱為單粒子翻轉（Single?Event?Upset，SEU），是各種航天器面臨的最主要的可靠性問題之一。

如圖1所示，傳統6T-SRAM存儲單元，假設其在保持模式下存儲狀態為‘1’，即Q=1，Qn=0，N1、P2管截止，N2、P1管導通。那么，N1、P2管漏區反偏PN結的空間電荷區就是器件單粒子翻轉的靈敏區。假設此時，有一高能粒子轟擊N1管的漏區，對于N1管，帶電粒子引起的瞬態電流，使漏極電位降低。當漏極電位有高電平降到低電平，但P1管仍然導通時，存儲單元的狀態是不穩定的。一方面，電源VDDI通過P1管對節點Q充電，使其電位上升，恢復到初始狀態；另一方面，Q點電位降低，耦合到N2、P2管的柵極，使N2管截止、P2導通，節點Qn的電位升高，進一步反饋到N1、P1管的柵極，使N1管導通、P1管截止。這樣的一個反饋過程（類似靜態隨機存儲器存儲單元的寫入過程）使存儲單元的狀態徹底由“1”變為“0”，發生單粒子翻轉，對SEU的加固在長期以來都是研究的熱點。

12管的DICE（Dual?Interlocked?storage?Cell）存儲單元如圖2所示，為常見的電路設計SEU加固技術，由于其結構對稱，使用晶體管數較少，受到了最為廣泛的關注。假設在保持模式下，初始狀態X0、X1、X2、X3分別為0、1、0、1。當粒子轟擊N1時，X1將被拉低為0，而X2點也將通過P2被上拉到1，N0、P3管截止，P0、N3管也會保持截止狀態不變，因此X0、X3點保持為0、1，這兩個節點的值會反饋給被轟擊節點，給被轟擊節點補充電流，當粒子轟擊電離產生的電荷被收集完成后，X1、X2會重新恢復到1、0，從而抑制翻轉。然而在讀模式下，DICE單元的內部的2對節點將通過讀寫管連通，破壞DICE單元的自恢復機制，從而導致單元的持久翻轉，使得基于DICE單元的加固SRAM芯片重離子環境下工作情況不容樂觀。

為了克服上述現有技術的缺陷以及應對科技快速發展的需求，亟需提供一種新的靜態隨機存儲單元。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的目的在于提出一種低功耗、高穩定性的冗余結構靜態隨機存儲單元。