抗輻射加固的靜態隨機存取儲存器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路設計，具體為抗輻射加固電路領域中的抗單粒子翻轉效應的靜態隨機存取儲存器存儲單元設計。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路工藝技術的進步，靜態隨機存取儲存器(Static Random AccessMemory, SRAM)已經更對空間和自然福射環境下的福射粒子敏感。一次粒子福射將會由于電荷共享效應而導致存儲單元多個節點發生翻轉，從而進一步降低存儲器的可靠性。因此，需要對現代納米存儲器進行抗多節點翻轉加固保護。在本發明中，主要是采用抗輻射加固設計(Radiat1n-Hardening-By-Design，RHBD)技術來對SRAM單元進行的抗單粒子翻轉(Single Event Upset, SEU)的加固。
【發明內容】
[0003]本發明是為了解決現有的靜態隨機存取儲存器對空間和自然輻射環境下的輻射粒子敏感，導致可靠性差的問題。現提供抗輻射加固的靜態隨機存取儲存器。
[0004]抗輻射加固的靜態隨機存取儲存器，它包括一號PM0S晶體管P1、二號PM0S晶體管P2、三號PM0S晶體管P3、四號PM0S晶體管P4、存取晶體管、七號PM0S晶體管P7、八號PM0S晶體管P8、一號NM0S晶體管N1、二號NM0S晶體管N2、三號NM0S晶體管N3、四號NM0S晶體管N4、一號位線BLN、二號位線BL和字線WL，
[0005]存取晶體管包括五號PM0S晶體管P5和六號PM0S晶體管P6，
[0006]六號PM0S晶體管P6的漏極連接在二號位線BL上，六號PM0S晶體管P6的源極同時連接四號PM0S晶體管P4的漏極、二號PM0S晶體管P2的柵極、二號NM0S晶體管N2的柵極、三號PM0S晶體管P3的柵極和八號PM0S晶體管P8的源極，
[0007]供電電源VDD同時連接四號PM0S晶體管P4的源極、二號PM0S晶體管P2的源極、三號PM0S晶體管P3的源極和一號PM0S晶體管P1的源極，
[0008]四號PM0S晶體管P4的柵極同時連接四號NM0S晶體管N4的柵極、二號PM0S晶體管P2的漏極、一號PM0S晶體管P1的柵極、五號PM0S晶體管P5的源極和七號PM0S晶體管P7的源極，
[0009]五號PM0S晶體管P5的柵極和六號PM0S晶體管P6的柵極均連接在字線WL上，五號PM0S晶體管P5的漏極連接在一號位線BLN上，
[0010]八號PM0S晶體管P8的漏極連接四號NM0S晶體管N4的漏極，電源地同時連接四號NM0S晶體管N4的源極、三號NM0S晶體管N3的源極、一號NM0S晶體管N1的源極和二號NM0S晶體管N2的源極，
[0011 ] 二號NM0S晶體管N2的漏極連接七號PM0S晶體管P7的漏極，
[0012]七號PM0S晶體管P7的柵極同時連接一號NM0S晶體管N1的柵極、三號PM0S晶體管P3的源極和三號NM0S晶體管N3的漏極，七號PM0S晶體管P7的柵極、三號NM0S晶體管N3的漏極和三號PMOS晶體管P3的漏極之間的線路節點為節點S0，
[0013]八號PM0S晶體管P8的柵極同時連接三號NM0S晶體管N3的柵極、一號PM0S晶體管P1的漏極和一號NM0S晶體管N1的漏極，八號PM0S晶體管P8的柵極、一號PM0S晶體管P1的漏極和一號NM0S晶體管N1的漏極之間的線路節點為節點S1。
[0014]本發明的有益效果為:采用12個晶體管構成一個抗輻射加固的靜態隨機存取儲存器的結構，其中，PM0S晶體管有8個，分別是P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7和P8 ；NM0S晶體管有4個，分別是Nl、N2、N3和N4。PM0S晶體管P5和P6是存取晶體管，分別連接兩個位線BLN和BL，同時它們由字線WL來控制開關操作。設計的RHBD SRAM存儲單元的輸出節點是Q節點和QN節點，其中Q節點通過PM0S存取晶體管P6與位線BL相連接，而QN節點通過PM0S存取晶體管P5與位線BLN相連接。該靜態隨機存取儲存器的結構能夠有效的對單節點翻轉和多節點翻轉進行容錯保護和抗輻射加固，從而提高系統的可靠性，與現有的存取儲存器相比可靠性提高了 3倍以上，并且有效地降低甚至消除SEU效應在存儲器中的影響。它的面積和功耗消耗較低，對電路系統性能影響較小。
【附圖說明】
[0015]圖1為【具體實施方式】一所述的抗輻射加固的靜態隨機存取儲存器的原理示意圖，
[0016]圖2為抗輻射加固的靜態隨機存取儲存器的讀、寫和存操作波形圖，
[0017]圖3為在節點QN發生SEU時的仿真波形圖，附圖標記1表示節點Q的電壓隨時間變化曲線，附圖標記2表示節點S1的電壓隨時間變化曲線，附圖標記3表示節點QN的電壓隨時間變化曲線，附圖標記4表示節點S0的電壓隨時間變化曲線，
[0018]圖4為在節點S1發生SEU時的仿真波形圖，
[0019]圖5為在節點S0生SEU時的仿真波形圖，
[0020]圖6為在節點S0-S1發生SEU時的仿真波形圖。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一:參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的抗輻射加固的靜態隨機存取儲存器，它包括一號PM0S晶體管P1、二號PM0S晶體管P2、三號PM0S晶體管P3、四號PM0S晶體管P4、存取晶體管、七號PM0S晶體管P7、八號PM0S晶體管P8、一號NM0S晶體管N1、二號NM0S晶體管N2、三號NM0S晶體管N3、四號NM0S晶體管N4、一號位線BLN、二號位線BL和字線WL，
[0022]存取晶體管包括五號PM0S晶體管P5和六號PM0S晶體管P6，
[0023]六號PM0S晶體管P6的漏極連接在二號位線BL上，六號PM0S晶體管P6的源極同時連接四號PM0S晶體管P4的漏極、二號PM0S晶體管P2的柵極、二號NM0S晶體管N2的柵極、三號PM0S晶體管P3的柵極和八號PM0S晶體管P8的源極，
[0024]供電電源VDD同時連接四號PM0S晶體管P4的源極、二號PM0S晶體管P2的源極、三號PM0S晶體管P3的源極和一號PM0S晶體管P1的源極，
[0025]四號PM0S晶體管P4的柵極同時連接四號NM0S晶體管N4的柵極、二號PM0S晶體管P2的漏極、一號PM0S晶體管P1的柵極、五號PM0S晶體管P5的源極和七號PM0S晶體管P7的源極，
[0026]五號PM0S晶體管P5的柵極和六號PM0S晶體管P6的柵極均連接在字線WL上，五號PM0S晶體管P5的漏極連接在一號位線BLN上，
[0027]八號PM0S晶體管P8的漏極連接四號NM0S晶體管N4的漏極，電源地同時連接四號NM0S晶體管N4的源極、三號NM0S晶體管N3的源極、、一號NM0S晶體管N1的源極和二號NM0S晶體管N2的源極，
[0028]二號NM0S晶體管N2的漏極連接七號PM0S晶體管P7的漏極，
[0029]七號PM0S晶體管P7的柵極同時連接一號NM0S晶體管N1的柵極、三號PM0S晶體管P3的源極和三號NM0S晶體管N3的漏極，七號PM0S晶體管P7的柵極、三號NM0S晶體管N3的漏極和三號PM0S晶體管P3的漏極之間的線路節點為節點S0，
[0030]八號PM0S晶體管P8的柵極同時連接三號NM0S晶體管N3的柵極、一號PM0S晶體管P1的漏極和一號NM0S晶體管N1的漏極，八號PM0S晶體管P8的柵極、一號PM0S晶體管P1的漏極和一號NM0S晶體管N1的漏極之間的線路節點為節點S1。
[0031]本實施方式中，假設靜態隨機存取儲存器的狀態如圖1所示，QN = 0、Q = 1、S0 =0 和 SI = I。
[0032]設計靜態隨機存取儲存器的存操作:當字線WL為高電平“1”的時候，晶體管Ρ7、Ρ4、Pl、Ν2和Ν3處于開態，剩下的晶體管都處于關態。此時，存儲器處于存操作狀態。
[0033]設計靜態隨機存取儲存器的讀操作:首先，兩條位線BL和BLN被預充電到VDD。當字線WL位低電平“0”的時候，節點Q保持它原來的“ 1”狀態。但是，節點QN將會通過晶體管Ρ7和Ν2進行放電。然后，靈敏放大器根據兩條位線之間的電壓差將存儲器的狀態輸出，從而完成讀操作。
[0034]設計靜態隨機存取儲存器的寫操作:為了對存儲單元進行寫操作，位線BL需要被下拉到低電平“0”，同時位線BLN需要被上拉到高電平“1”。當字線WL位低電平“0”的時候，節點Q和節點QN被分別下拉到低電平“0”和上拉到高電平“ 1 ”。然后，晶體管Ρ2、Ρ3、Ρ8、Ν4和Ν1被打開，處于開態；同時晶體管Ρ7、Ρ4、Pl、Ν2和Ν3被關閉，處于關態。最后，當字線WL回到高電平“1”的時候，所有節點都處于穩定狀態，從而設計的存儲器完成寫操作。圖2顯示了設計的存儲單元的讀、寫和存操作波形。
[0035]基于SEU (單粒子翻轉)產生機制，當一個輻射粒子轟擊PM0S晶體管的時候，只能產生正的瞬態電壓脈沖；而轟擊NM0S晶體管的時候，只能產生負的瞬態電壓脈沖。因此，Q點不是敏感節點，由于它沒有與NM0S晶體管相連接。考慮圖1給定的狀態，敏感節點是節點S0、S1和QN。在另一個存儲狀態，也就是QN = 1、Q = 0、S0 = 1和SI = 0狀態，敏感節點是節點S0、S1和Q。
[0036]在電荷共享引起的多節點翻轉現象中，多余兩個節點的電荷共享是不會引起存儲器狀態發生有效地改變，因此，本發明主要考慮對兩個敏感節點進行抗輻射加固。
[0037]設計靜態隨機存取儲存器的抗輻射性能分析:
[0038]1、假設節點QN被翻轉到高電平“1”狀態，它將關斷一號PM0S晶體管P1和四號PM0S晶體管P4，節點Q和節點S1將會保持原來的高電平“1”狀態。因此，三號NM0S晶體管是開啟的，節點S0將會維持它的低電平“0”狀態。結果，七號PM0S晶體管P7和二號NM0S晶體管N2仍然是開啟狀態，然后節點QN將會恢復到原來的低電平“