瑞薩科技與松下開發(fā)新SRAM制造技術

　　瑞薩科技（Renesas Technology Corp.）與松下電器產業(yè)有限公司宣布，共同開發(fā)出一種新技術，可以使45nm工藝傳統(tǒng)CMOS的SRAM（靜態(tài)隨機存取存儲器）穩(wěn)定工作。這種SRAM可嵌入在SoC（系統(tǒng)(集成)芯片）器件和微處理器（MPU）當中。經測試證實，采用該技術的512Kb SRAM的實驗芯片，可以在寬泛的溫度條件下（-40℃－125℃）穩(wěn)定工作，而且在工藝發(fā)生變化時具有較大的工作電壓范圍裕量。用于實驗的SRAM芯片采用45nm CMOS工藝生產，集成了兩種不同的存儲單元設計，一個元件面積僅有0.327μm2，另一個元件面積為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現的。

　　關于這一技術的進展細節(jié)，將在舊金山舉行的2007國際固態(tài)電路會議（ISSCC 2007）上，進行宣講。該技術創(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，市場趨勢表明，隨著應用變得更加復雜，則需要更多的SRAM。這是因為當半導體工藝縮小，生產設備功能所需的SRAM進行穩(wěn)定工作，將會變得更加困難。采用新制造技術生產的45nm工藝SRAM，以低成本實現了芯片的高性能，因為它使用的是傳統(tǒng)CMOS，而不是比較昂貴的硅絕緣體（SOI）材料。

　　目前，隨著LSI制造工藝的不斷進步、進一步小型化，使晶體管特性發(fā)生了顯著的變化，尤其是柵極限電壓（Vth），它可能影響SRAM的工作。隨著該項新技術的出現，主要解決了不可避免的Vth變化所引起的問題。據了解，Vth的變化有兩種形式：一種形式是全面的Vth變化，會出現在逐芯片或逐晶圓的情況下，晶體管形狀會隨柵極長度和柵極寬度不同等出現細微的差別，因此它會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(zhàn)。

　　相比之下，另一種形式，本機Vth變化是由半導體中的雜質狀態(tài)的波動引起的，甚至在同樣形狀的相鄰晶體管中也會出現。因此，它是隨機發(fā)生的且沒有方向性。隨著晶體管小型化的發(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主要挑戰(zhàn)。

　　半導體行業(yè)一直積極推進技術進步，以實現SRAM穩(wěn)定工作，不過，影響45nm工藝的Vth變化問題還需要技術的進一步發(fā)展。瑞薩與松下共同開發(fā)了兩種元件，采用6晶體管型SRAM存儲單元解決方案，一個是可對Vth變化進行自動調整的讀輔助電路，另一個是采用分層結構電源布線的寫輔助電路。

　　這種新型讀輔助電路的補償功能采用了一種被動元件電阻功能，類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地調整與溫度和工藝變化有關的電壓。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性降低的情況下，各種工作條件下存儲單元讀操作的穩(wěn)定性也可以得到保證。

　　此外，新型寫輔助電路在存儲單元的柱式單元電源線中，增加了更精細的電源線（劃分為8條）。在某種意義上寫操作所需的隔離只在必要的地方執(zhí)行，而且它可實現分層結構的電源布線，這將減少關鍵區(qū)域的電源線電容，有助于在高速時將電源線電位降到低電位。實驗芯片的測量表明，與沒有采用上述技術的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，新型寫輔助電路也可以顯著改善SRAM的寫速度。