JP6681194B2 - 改善された放射線特性を有する集積回路 - Google Patents

改善された放射線特性を有する集積回路 Download PDF

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Description

発明の分野
実施の形態は、概して集積回路に関し、特に、改善された放射線耐性を有する集積回路と、集積回路を形成する方法とに関する。
発明の背景
集積回路は、電子機器の重要な素子である。しかしながら、集積回路の動作は、放射線の衝撃によって影響を受け得る。集積回路の回路素子の寸法が小さくなるにつれて、集積回路に記憶されるデータは、しばしばシングルイベントアップセット(SEU)衝撃と呼ばれる、放射線の衝撃によって破壊される可能性があり得る。そのような放射線の衝撃は、メモリ素子に記憶されたデータを変化または「ひっくり返す」ことがあり得る。破壊されたデータは、集積回路の性能に影響を与え得る。いくつかの例において、破壊されたデータは、正しいデータがメモリに再記憶されるまで、集積回路を使用不可能とする可能性がある。メモリ全体を再ロードする必要なしにデータエラーを検出して訂正するための技術が存在するが、そのような技術は大きな制限を有する。
放射線の衝撃は、集積回路のある領域において電荷密度を変更し得る少数キャリアを生成する。SEU衝撃の間に生成される少数キャリアを吸収するための従来の技術は、高い再結合レートを有する「埋込層」に依存する。しかしながら実験では、この層が逆の結果をもたらすことが示されている。すなわち、高ドープの埋込P+層が、p基板における電子のような少数キャリアまたは電荷を除くほどSEUレートが増大する。したがって、SEU衝撃の影響を解決する従来の方法は、データの望ましくない消失を防ぐことができなかった。
改善された放射線耐性を有する集積回路が記述される。集積回路は、基板と、基板に形成されて、メモリセルの複数のN型トランジスタを有するPウェルと、基板に形成されて、メモリセルの複数のP型トランジスタを有するNウェルとを備える。Nウェルは、P型トランジスタを収容するための最小の寸法を有する。
代わりの実施形態に従うと、改善された放射線耐性を有する集積回路は、基板と、基板に形成されて、複数の冗長ノードを有するメモリセルの複数のN型トランジスタを有するPウェルと、基板に形成されて、メモリセルの複数のP型トランジスタを有するNウェルとを備える。第1の対のノードに関連する複数のN型トランジスタは、第2の対の冗長ノードに関連するN型トランジスタによって分離される。
改善された放射線耐性を形成する方法は、基板を準備することと、基板にPウェルを形成することとを備え、Pウェルは、メモリセルの複数のN型トランジスタを有し、方法はさらに、基板にNウェルを形成することを備え、Nウェルは、メモリセルの複数のP型トランジスタを有し、第1の対の冗長ノードに関連する複数のN型トランジスタは、第2の対の冗長ノードに関連するN型トランジスタによって分離される。
集積回路の断面図である。 6トランジスタメモリセルの回路図である。 8トランジスタメモリセルの回路図である。 縮小されたサイズのNウェルを有する図2の回路の平面図である。 縮小されたサイズのNウェルとPタップとを有する図2の回路の平面図である。 図5の集積回路の断面図である。 12Tメモリ素子の回路図である。 縮小されたサイズのNウェルを有する図7の回路の平面図である。 改善された放射線耐性を与える所定の配置のトランジスタを有する図7の回路の平面図である。 図9の配置に従うとともに縮小されたサイズのNウェルをさらに有する図7の回路の平面図である。 図10の配置に従うとともに縮小されたサイズのNウェルをさらに有する図7の回路の平面図である。 図11の配置に従うとともにNウェル中の所定の配置のP型トランジスタをさらに有する図7の回路の平面図である。 メモリアレイ中のpタップを示す集積回路の平面図である。 代替的な配置に従うメモリアレイにおけるpタップを示す集積回路の平面図である。 図6のメモリアレイのメモリセルの形成を示す、一連の断面図である。 図6のメモリアレイのメモリセルの形成を示す、一連の断面図である。 図6のメモリアレイのメモリセルの形成を示す、一連の断面図である。 図6のメモリアレイのメモリセルの形成を示す、一連の断面図である。 プログラム可能なリソースを有する素子をプログラムするためのシステムのブロック図である。 図2から図15までの回路を実現し得る、プログラム可能なリソースを有する素子のブロック図である。 図17の素子の、構成可能なロジック素子のブロック図である。 集積回路を実現する方法を示すフローチャートである。 集積回路を形成する方法を示すフローチャートである。
図面の詳細な説明
まず図1に戻り、集積回路の断面図が示される。図1の集積回路は、p型ウェハ102と、pエピタキシャル(pエピ)層104とを含む。pウェル106と、nウェル108とは、pエピタキシャル層104に形成される。トランジスタ素子は、pウェル106と、nウェル108とに形成される。特に、示されるように、pウェル106内の第1のトランジスタは、ソース領域110と、ドレイン領域112と、ゲート114とを含む。nウェル108内の第2のトランジスタは、ソース領域116と、ドレイン領域118と、ゲート120とを有する。図1のトランジスタは、例示のために示されているとともに、たとえばメモリセルにおいて用いられ得る。しかしながら、以下においてより詳細に説明されるように、望まない少数電荷がメモリ素子の記憶状態を変化させるのを防ぐために、さまざまな改善例が集積回路として形成され得る。
半導体素子における放射線の衝撃は、ある電荷(領域にとっての多数の電荷)を有する領域に、望まない少数の電荷をもたらし得る。そのような放射線の衝撃は、メモリ装置の記憶素子に影響を与え得る。メモリ装置のデータにおける望まない変化は、一般的にシングルイベントアップセット(SEU)と呼ばれる。相補型金属酸化膜半導体(CMOS)スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)におけるSEUは、2つの要因によって生じ得る。すなわち、NMOS素子(オフしている)の「n+」ドレインにおける高電位から低電位への放電、および、PMOS(オフしている)の「p+」ドレインにおける0ポテンシャルからより高い電位への充電である。nウェルに近接したSRAMメモリのSEUのレートは、nウェル境界において起こる、電荷の光起電性の分離によるものである。電荷のこの分離は、pウェルにおける電位の上昇と、nウェルにおける電位の低下とをもたらす。これは、nウェルとpウェルとの両方においてすべてのp−n接合に順バイアスを与える。この結果、接地に近い電位を有するノード(すなわち論理「0」ノード)が充電されて、高電位を有するノード(すなわち論理「1」ノード)を有するノードは、その電位を放電する。SRAMの記憶接合における同時の変化は、同時に記憶状態の反転を起こし得る。
地球環境における放射線衝撃によるデータの反転を解決するための従来のアプローチは、ソフトエラー防止よりもむしろソフトエラー訂正に向けられてきた。ソフトエラー訂正は、一般には、誤り訂正コード(ECC)および/または巡回冗長チェック(CRC)チェックを用いて実現されてきた。ソフトエラー防止は、大抵、宇宙用途においてのみ懸念があった。しかしながら、ソフトエラー防止は、現在トランジスタの密度が増加するために商業的目的にとって大幅に重要となってきている。メモリ装置の世代毎にチップ内のメモリセルの数が増加して記憶用コンデンサの容量が減少するにつれて、データの反転は、半導体産業においてより重要な懸念となってきている。また、ソフトエラー訂正技術に関連したレイテンシは、メモリ素子を用いる多くの人にとっては受入れられないものである。したがって、以下に述べる6トランジスタ(6T)および12トランジスタ(12T)SRAMの新しいレイアウトが、領域の効率を最大にもしながら、改善された放射線耐性を有する。
さまざまな実施の形態が、単独でまたは組合せで用いることができる異なる技術を使用することによって放射線耐性を改善する。1つの技術によれば、p型トランジスタを有するNウェルのサイズが最小化される。たとえば、図1に示されるようなNウェルにおける放射線衝撃はSRAMセルのノードに記憶されたデータに最大の衝撃をもたらし得るので、Nウェルのサイズを縮小することは放射線障害を改善し得る。装置にとっての製造プロセスおよび製造の制約に従って、Nウェル内の素子を最小の可能な寸法に形成することによって、Nウェルのサイズは縮小され得る。さらに、Nウェルによって規定される領域内にあることを必要としない素子は、Nウェルの外部に移すことができる。たとえば、6Tセルにおいて、電源(たとえばVddトレース)は、Nウェル上に形成されてもよいが、Pウェル領域上の位置に移されてもよい。VddトレースをNウェル領域の外に移すことは、より小さいNウェル領域を可能にするであろう。さらに、12TセルにおいてNウェルの両側におけるトランジスタのための共通のワード線(WL)コンタクトを与えるよりもむしろ、Nウェルの各々の側のワード線コンタクトを分離することは、改善された放射線耐性を有するSRAMセルと、縮小されたサイズを有するNウェルとをもたらす。Nウェルの各々の側における別々のワード線コンタクトの使用は、メモリセルの全体のサイズを増加させ得るが、そのような増加は改善された放射線耐性の利益をもたらす。
もう一つの改善は、Nウェルの外部のSRAMセルのP型部において、接地に結合された1以上のPタップを使用することである。nウェルの近くにPタップを配置することは、電荷を保存するノードに少数キャリアが影響を与えることを防ぐことに役立つ。より特定的には、たとえばメモリにおけるNウェルの一方または両方の側にpタップを配置することは、光起電力基板バイアスを大幅に減少して、従来のメモリ素子に比べてデータの反転を減少させる。反転の割合は、電離飛跡(ionization track)がnウェル境界を交差するかどうかに強く依存する。pタップの使用は、放射線衝撃の結果として生成される少数キャリアの効果を大幅に減少させるが、それは図6を参照してより詳細に説明されるであろう。
12T SRAMセルにおけるさらなる改善は、装置のシリコン中のトランジスタの選択的な配置であるが、それは図8から図11を参照してより詳細に説明されるであろう。放射線衝撃の結果としてのデータの変更のさまざまな例が説明されるが、以下に説明されるさまざまな方法および回路は、あらゆる理由によって、所与の領域における少数キャリアの増加によってもたらされる、データの変更を防ぐのに役立つであろうということが理解されるべきである。
図2に戻り、メモリ素子の回路図が示される。メモリセルは、インバータを含み、インバータはpチャネルトランジスタ202を有し、pチャネルトランジスタ202は、Vddのような基準電源電圧に結合されたソースと、第1のノード「Q」においてnチャネルトランジスタ204のドレインに結合されたドレインとを有し、nチャネルトランジスタ204のソースは、接地電位(Vss)に結合される。メモリセルは、第2のインバータを含み、第2のインバータはpチャネルトランジスタ206を有し、pチャネルトランジスタ206は、基準電圧に結合されたソースと、第2のノード「Q_b」においてnチャネルトランジスタ208のドレインに結合されるドレインとを有し、nチャネルトランジスタ208のソースは、また、接地に結合される。第1のノード「Q」は、nチャネルトランジスタ210によって制御され、nチャネルトランジスタ210は、そのゲートに反転ワード線(WL_bar)信号を受けるように結合され、そのゲートは、第1のノードにおけるビット線(BL)における入力データの入力を制御する。第2のノード「Q−bar」は、別のnチャネルトランジスタ212によって制御され、nチャネルトランジスタ212は、ゲートに反転ワード線信号を受取るように結合され、ゲートは第2のノードQ_bにおいて反転入力データを受取ることを制御する。図2のメモリセルは、例示のために示されているが、他のメモリセルも用いることができる。
図6の実施の形態は「6Tセル」を表わす一方、図3のメモリ素子300は「8Tセル」を表わしている。特に、トランジスタ302およびトランジスタ304は、別々の反転ワード線WL0_barおよびWL1_barをイネーブルにするように構成される。示されるように、トランジスタ302,304は、示されるようなQおよびQ_bノードに結合されたソースを有するように構成されるが、ゲートは、各々が反転WL1_barによって制御される。6Tセルに適用される以下で説明されるさまざまな技術が、8Tセルに等しく適用されるであろうことが理解されるべきである。
ここで図4に戻り、縮小されたサイズのNウェルを有する図2の回路の平面図が示される。図4の平面図は、メモリセルに記憶されたデータを変更し得る放射線衝撃または他の事象を受けたメモリセルに記憶された、破壊されたデータの可能性を、従来の回路と比較して低減するであろう図2のトランジスタの配置を示す。以下においてより詳細に説明されるように、図2、図3および図7における回路図の形態において示される回路を実現するための、半導体基板内のさまざまな素子および金属層の素子の配置は、放射線衝撃によるデータの反転の可能性を減少するであろう。図4の配置に従うと、基板部402は、Nウェル404を含み、Nウェル404は、P型トランジスタ202に関連付けられたpウェル406,408と、P型トランジスタ206に関連付けられたpウェル410,412と有する。トランジスタのソースおよびドレインを形成するウェルとして識別される領域は、また、一般的に拡散領域と呼ばれるということに留意すべきである。また図4に示されているのは、Qノードに結合されたトランジスタ202のコンタクト415と、Vddに結合されたトランジスタ206のコンタクト418である。ポリシリコンコンタクト420は、Pウェル406とPウェル408との間のトランジスタ202のゲート領域にわたり延在する。同様に、トランジスタ206のコンタクト422は、Vddに結合され、トランジスタ206のコンタクト424は、Q_bノードに結合される。ポリシリコン層426は、Pウェル410とPウェル412との間のトランジスタ206のゲート領域にわたり延在する。
残りのNチャネルトランジスタは、Nウェルの外部にあり、そこでは、トランジスタの対が共通のNウェルを共有する。トランジスタ204およびトランジスタ210は、Nウェル426,428,430を用いて形成される。それらのウェルにおいて、各々のトランジスタは、Nウェル428とQコンタクト434とを用いる。コンタクト432は、ビット線(BL)に結合されるとともに、接地ノードに結合されたコンタクト436に結合される。ポリシリコン層420は、ドレイン領域426とドレイン領域428との間のトランジスタ210のゲート領域にわたり延在する。ポリシリコン層450は、Nウェル428とNウェル430との間のトランジスタ204のゲート領域にわたり延在する。トランジスタ208,212は、Nウェル438,440,442を用いて形成され、それらのウェルにおいて、各々のトランジスタは、Nウェル440とQ_bコンタクト446とを用いる。コンタクト444は、ビット線と、接地ノードに結合されたコンタクト448とに結合される。ポリシリコン層449は、Nウェル438とNウェル440との間のトランジスタ212のゲート領域にわたり延在する。ポリシリコン層426は、また、Nウェル440とNウェル442との間のトランジスタ208のゲート領域にわたり延在する。最後に、NウェルおよびPウェルを有する基板上の金属層に形成される電源トレース456は、Nウェル404によって覆われる領域の外の領域に配置され、示されるように、長さLと幅Wとを有するNウェルがより小さい幅Wを有することを可能にして、それにより全体により小さい面積を有する。
図10および図11を参照して説明されるように、Nウェル804によって規定される領域上に配置され得るさまざまな配線素子が、Nウェルによって規定される領域の外に移動される。金属トレースおよびコンタクト素子といったさまざまな配線素子をNウェルによって規定される領域の外に移動させることは、メモリセルの全体の面積を増加させ得るが、サイズと放射線耐性との間のトレードオフは、サイズおよび放射線耐性のための所望の到達点に基づいて決定されることができる。
ここで図5に戻り、縮小されたサイズのNウェルとPタップとを有する図2の回路の平面図が示される。図5の実施形態によると、接地に結合されるコンタクト504を有するPタップ502と、接地に結合されるコンタクト508を有するPタップ506とは、Nウェル404の両側に実現される。Pタップ502は、(図6を参照して以下に説明されるように)両方の冗長ノードが放射線衝撃によって影響されるであろう可能性を減少するであろうが、Pタップ506は、隣接するメモリセル(Nウェル506の他方の側にあり得る)のトランジスタへの放射線衝撃の影響を最小化するために用いられ得る。
図2の集積回路の断面図に示されるように、pタップ502およびpタップ506は、nウェルの両側に配置される。pタップは、トランジスタのための拡散領域を形成するために用いられるのと同じプロセスを用いて形成される。しかしながら、pタップは、トランジスタのための拡散領域よりも深くてもよいということが理解されるべきである。nウェルの近くのpタップの配置は、少数キャリアが、電荷を保存するノードに影響を与えることを防ぐのに役立つ。より特定的には、たとえば、メモリにおけるnウェルの両側にpタップを配置することは、従来のメモリ素子に比較して、大幅に光起電力基板バイアスを減少させるとともにSEUを減少させる。光起電力効果により、SEUの割合は、電離飛跡がnウェルの境界を交差するかどうかに強く依存する。pタップの使用は、放射線衝撃の結果として生成される少数キャリアの効果を大幅に減少させる。
より特定的には、図6の断面図に示されるように、Pタップ506は、正の電荷を引寄せるが、さもなくば、その正の電荷はQ_bノードに結合されたNウェル440に引付けられ得る。すなわち、Q_bノードが論理0を記憶し、したがって低い電圧にある場合、放射線衝撃からの正の電荷は、Q_bノードの低電圧を変化させ得る。図6においてまた示されるように、Pタップ502を設けることによって、メモリセルによって記憶されるデータの如何なる変更も防ぐことが可能となり得る。図4、図5および図6は6Tに関係するが、放射線衝撃の効果を減少するためのさまざまな技術が、8Tメモリまたは、いくつかの他のメモリセルにおいて実現され得る。
ここで図7に戻り、12Tメモリ素子の回路図が示される。図7に示された実施形態に従うと、12Tセルは、Vddと接地との間に結合された複数のCMOSトランジスタ素子を含む。特に、ビット線は、トランジスタ702によって、トランジスタ704および706のドレインにおけるQ_bノードに結合される。反転ビット線は、トランジスタ708によって、トランジスタ710および712のドレインにおけるQQノードに結合される。ビット線は、トランジスタ714によって、トランジスタ716および718のドレインにおいてQQ_bノードに結合される。反転ビット線は、トランジスタ720によって、トランジスタ722および724のドレインにおけるQノードに結合される。ワード信号は、トランジスタ702,708,714,720のゲートに結合されて、入力データに基づいてQノードにおいて適切な出力データを生成する。破線の楕円において示されるノードQおよびQ_bの第1の対と、ノードQQおよびQQ_bの第2の対とを含むノードの複数の対が放射線衝撃によって影響を受ける場合、メモリセルに記憶されるデータは、反転し得る。すなわち、QおよびQ_bノードの両方、またはQQおよびQQ_bノードの両方に関連付けられたトランジスタが影響を受けるならば、メモリセルに記憶されたデータが影響を受け得る。以下においてより詳細に説明されるように、NウェルおよびPウェルの両方におけるトランジスタの特定の対が影響を受け得る。その理由はP−N接合に対する配置のためである。
ここで図8に戻り、トランジスタの所定の配置を有する図7の回路の平面図が示される。図9に示されるように、図7の12Tセルの基板部802は、トランジスタの新規の配置を与えて、セルに記憶されるデータの反転を減少させる。12Tセルは、図7のpチャネルトランジスタのための複数のPウェル806−813を有するNウェル804を含む。特に、Pウェル806は、Vddに結合されたコンタクト814に関連付けられ、Pウェル807は、Pチャネルトランジスタ722を実現するQノードに関連付けられたコンタクト816と関連付けられる。Pウェル808は、Vddに結合されたコンタクト818に関連付けられ、Pウェル809は、Pチャネルトランジスタ704を実現するQ_bノードに関連付けられるコンタクト820に関連付けられる。Pウェル810は、Vddに結合されるコンタクト822に関連付けられ、Pウェル811は、pチャネルトランジスタ716を実現するQQ_bノードに関連付けられるコンタクト824に関連付けられる。Pウェル812は、Vddに結合されるコンタクト826に関連付けられ、Pウェル813は、pチャネルトランジスタ710を実現するQQノードに関連付けられるコンタクト828に関連付けられる。
nチャネルトランジスタは、Nウェルの両側に実現される。特に、Nウェル領域830,831,832は、トランジスタ702および706を実現することを可能にし、そこではコンタクト834は、Nウェル830を接地に結合し、コンタクト836はノードQ_bをNウェル831に結合し、コンタクト838は、反転ビット線をNウェル832に結合する。同様に、Nウェル領域840,841,842は、トランジスタ708および712を実現することを可能にし、コンタクト844は、Nウェル840を接地に結合し、コンタクト846は、QQノードをNウェル841に結合し、コンタクト848は、ビット線をNウェル842に結合する。
Nウェル領域804の他方の側において、Nウェル領域850,851,852は、トランジスタ714および718を実現することを可能にし、コンタクト854はNウェル850を接地に結合し、コンタクト856はQQ_bノードをNウェル851に結合し、コンタクト858は、反転ビット線をNウェル852に結合する。同様に、Nウェル領域860,861,862は、トランジスタ720および724を実現することを可能にし、コンタクト864は、Nウェル860を接地に結合し、コンタクト866はQノードをNウェル861に結合し、コンタクト868は、ビット線をNウェル862に結合する。図8の配置は、また、図5および図6を参照して既に説明されたようなPタップ870および872を示す。
ここで図9に戻り、改善された放射線耐性を与えるトランジスタの所定の配置を有する図7の回路の平面図が示される。Q_bおよびQQ_b NMOS拡散(またはQおよびQQ NMOS拡散)が、Nウェルに隣接して配置されるならば、Nウェルにおける衝撃は、NウェルからPウェルへ過剰なホールが移動することにより、これらのNMOSにおいて寄生BJT効果の発生をもたらし得る。もしも両方がOFF状態にあるならば、この効果は、これらのノードの両方を反転させ、それは12Tセルのデータの反転をもたらし得る。なお、トランジスタの対724−716,706−722,712−704、または718−710のいずれか1つが、同じ衝撃によって同時に衝撃を受けるならば、12Tセルに記憶されたデータが反転され得るということに留意すべきである。
これらの対のうちの2つ(すなわち、破線で示される71−710および706−722)が、図8の配置において存在する。セルが0状態(Q_bおよびQQ_bがほぼ接地である場合)、Q_bおよびQQ_bは、脆弱であり、1状態(QおよびQQ NMOSが脆弱である場合)よりも30倍高いSERを有する。すなわち、N3−P2とらnNWおよびN3−P2およびN1−P0トランジスタ対に接近して配置するN3−P2およびN1−P0トランジスタ対のQ_bおよびQQ_b NMOS拡散がOFFであるので、それらはQおよびQQノードに関連付けられるトランジスタよりもより脆弱である。これらのNウェルの影響を無効にするために、Pウェル中のノードQ_bが、図9の回路に示されるように、Nウェル804のノードから離れるように移動される。すなわち、トランジスタ702および706に関連付けられるNウェル830,831,832が、トランジスタ708および712に関連付けられるNウェル840,841,842に切換えられる。したがって、図9の配置は、記憶ノードQ,Q_b,QQ,QQ_bの理想的な配置を用いる12Tセルの新規のレイアウトを与える。図9から明らかなように、Q_bおよびQQ_bノードは、両方ともNウェル204に隣接していない。すなわち、Q_bおよびを互いに遠ざけることによって、Nウェル804における放射線衝撃は、データが切換わる可能性をより低くする。
ここで図10に戻り、図8の配置に従うとともに、縮小されたサイズのNウェルをさらに有する、図7の回路の平面図が示される。図8に示されたような単一のワード線を有するのではなく、Nウェル804の両側にトランジスタのための別々のワード線1002および1004が設けられる。Nウェル804によって規定される領域内にある単一のワード線を置換えることによって、Nウェルの両側のトランジスタのための別々のワード線1002および1004の使用は、縮小された幅および全体のより小さな面積を有するNウェルを可能にする。
ここで図11に戻り、図10の配置に従うとともに、電源ライン1102および1104をさらに有する、図7の回路の平面図が示される。したがって、図11の実施形態は、Nウェルによって規定される領域の外に電源ライン1102および1104を配置することによって、さらに縮小されたサイズのNウェルを与える。図11の実施形態は、また、上記のように、トランジスタがオフのときに、正の電荷が、0状態にあるQ_bおよびQQ_bノードに影響を与えるのを防ぐために、Pタップを設ける。
図12の実施形態に従うと、図11の配置は、さらに、示されたようなNウェルにおけるP型トランジスタの所定の配置を与えるために最適化される。ノードをさらに再配置することによって、トランジスタの対720−710は、トランジスタ710および722の位置を交換することによって、より分離されて、それゆえにSERをさらに低下させる。図12に示されるように、QQノードおよびQQ_bノードは、もはや隣接していない。トランジスタの新しい配置が面積を消費し得る一方で、図12の配置は、放射線衝撃が冗長ノードQ_bおよびQQ_bの両方に影響を与えるであろう可能性をさらに低下させるであろう。
ここで図13に戻り、メモリアレイにおけるpタップを示す集積回路の平面図が示される。pタップは、nウェルの長さに沿って延在するストライプで形成され、各々のpタップは、複数のメモリセルに関連付けられる。特に、メモリアレイの一部1302は、nウェルによって分離されたpウェルを含み、示されるように、pウェルは、nウェル1306および1310によって分離されたpウェル1304,1308,1312を含む。メモリアレイの部分1302は、破線によって示された6つのメモリセル1314−1324を含む。図13に示されるように、pタップ1326および1328は、メモリセル1314−1318に沿って延在するが、pタップ1330および1332は、メモリセル1320−1324に沿って延在する。図13においてさらに示されるように、pウェル1304および1302は概して、pウェル1308よりも狭く、その理由はpウェル1308がpウェルの両側におけるメモリセルのために用いられるためである。しかしながら、より多くのメモリセルを有するより幅広いメモリアレイの場合には、pウェル1304および1312は、pウェル1308と同じ幅を有するであろうことが理解されるべきである。
ここで、図14に戻り、代わりの配置に従う、メモリアレイにおけるpタップを示す集積回路の平面図が示される。図14の実施形態に従うと、nウェル1402は、pウェル領域1404および1406の間に配置され、接地に結合されたpタップ1408は、nウェル1402を囲む。図14の実施形態は、6つのメモリセル1410−1420を示しているが、示されるように、多くの追加のセルがメモリアレイの4つの側のすべてに設けられることができるということが理解されるべきである。nウェル1402およびpタップ1408は、セルの中心に形成されているが、所定のメモリセルの場合にnウェル1402およびpタップ1408は、そのメモリセルに関連付けられたトランジスタを有するpウェル領域に対して異なる領域に配置され得ることが理解されるべきである。
ここで図15に戻り、ある実施形態に従うメモリセルの断面図が示される。図15−Aに示されるように、pエピ層104が、p型ウェハ102の上に形成される。図15−Bに示されるように、次に、nウェル領域404およびpウェル領域106が形成される。図15−Cに示されるように、次に、ソースおよびドレイン要素404,430および440と、Pタップ502および506とが形成される。図15−Dに示されるように、次に、ソースおよびドレイン領域と、Pタップとのためのコンタクト素子が形成される。電源トレース456およびコンタクトを形成する第1のメタル層、および絶縁体層によって分離された任意の追加の金属層とを含む金属層が、次に基板上に形成される。
ここで図16に戻り、ある実施形態に従う、プログラム可能なリソースを有する素子をプログラムするためのシステムのブロック図が示される。特にコンピュータ1602は、メモリ1606から回路設計1604を受けて、不揮発性メモリ1606に記憶されるコンフィギュレーションビットストリームを生成するために結合される。後により詳細に説明されるように、回路設計は、ハードウェア記述言語(HDL)において規定される回路設計のような、高レベル設計であり得る。また、コンピュータは、コンフィギュレーションビットストリームを生成するソフトウェアを実行するように構成されてもよく、コンフィギュレーションビットストリームは、不揮発性メモリ1608に記憶されて、集積回路1610に与えられ、集積回路1610は、以下の図17において説明されるような集積回路のような、プログラム可能な集積回路であってもよい。
ここで図17に戻り、図2から図16の回路を含むプログラム可能なリソースを有するデバイスのブロック図が示される。プログラム可能なリソースを有するデバイスは、プログラム可能なリソースを有する特定用途向け集積回路(ASIC)のような、任意の種類の集積回路において実行され得るが、専用プログラマブルロジックデバイス(PLD)を含む他の素子であってもよい。1つの種類のPLDは、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス(CPLD)である。CPLDは、互いに結合されるとともに、インターコネクトスイッチマトリクスによって入力/出力(I/O)リソースに結合される2以上の「機能ブロック」を含む。CPLDの各々の機能ブロックは、プログラマブルロジックアレイ(PLA)またはプログラマブルアレイロジック(PAL)デバイスにおいて用いられるのと同等の2レベルAND/OR構造を含む。別の種類のPLDは、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)である。典型的なFPGAにおいて、コンフィギュラブルロジックブロック(CLB)のアレイが、プログラマブル入力/出力ブロック(IOB)に結合される。CLBおよびIOBは、プログラマブルルーティングリソースの階層によって相互に接続される。これらCLB,IOBおよびプログラマブルルーティングリソースは、典型的にはオフチップメモリからFPGAのコンフィギュレーションメモリセルへコンフィギュレーションビットストリームをロードすることによってカスタマイズされる。これらの種類のプログラマブルロジックデバイスの両方の場合、デバイスの機能は、その目的のためにデバイスに与えられるコンフィギュレーションビットストリームのコンフィギュレーションデータビットによって制御される。コンフィギュレーションデータビットは、揮発性メモリ(たとえば、FPGAおよびあるCPLDのようなスタティックメモリ)、不揮発性メモリ(たとえばいくつかのCPLDにおけるフラッシュメモリ)、または任意の他の種類のメモリセルに記憶され得る。
図17のデバイスは、FPGAアーキテクチャ1400を含み、FPGAアーキテクチャ1400は、マルチギガビットトランシーバ(MGT)1701と、CLB1702と、ランダムアクセスメモリブロック(BRAM)1703と、入力/出力ブロック(IOB)1704と、コンフィギュレーションおよびクロッキングロジック(コンフィギュレーション/クロック)1705と、デジタル信号処理ブロック(DSP)1706と、専用入力/出力(I/O)ブロック1707(たとえば、コンフィギュレーションポートおよびクロックポート)と、デジタルクロックマネージャ、アナログ−デジタルコンバータ、およびシステムモニタリングロジックなどの他のプログラマブルロジック1708とを含む、大多数の異なるプログラマブルタイルを有する。
あるFPGAにおいて、各プログラマブルタイルは、プログラマブル相互接続要素(INT)1711を含み、INT111は、隣接する各タイルの対応する相互接続要素に対して規格化された接続を有する。このため、まとめられたプログラマブル相互接続要素は、示されたFPGAのためのプログラマブル相互接続構造を実現する。各々のプログラマブル相互接続要素1711は、図17の上部に含まれる例によって示されるように、同じタイル内でプログラマブルロジック要素に対する接続も含む。
たとえば、CLB1702は、ユーザーロジックと単一のプログラマブル相互接続要素1711とを実現するようにプログラミングされ得るコンフィギュラブルロジック要素(CLE)1712を含み得る。BRAM103は、1つ以上のプログラマブル相互接続要素に加えて、BRAMロジック要素(BRL)1713を含み得る。通常、タイルに含まれる相互接続要素の数は、タイルの高さに依存する。図示された実施形態において、BRAMタイルは、5つのCLBと同じ高さを有するが、他の数も使用され得る。DSPタイル1706は、適切な数のプログラマブル相互接続要素に加えてDSPロジック要素(DSPL)1714を含み得る。IOB1704は、1つのプログラマブル相互接続要素1711のインスタンスに加え、たとえば2つのI/Oロジック要素(IOL)1715のインスタンスを含み得る。デバイスの接続の配置は、その目的のためにデバイスに与えられるコンフィギュレーションビットストリームのコンフィギュレーションデータビットによって制御される。プログラマブルインターコネクトは、コンフィギュレーションビットストリームのビットに応答して、インターコネクトラインを含む接続が、さまざまな信号を、プログラマブルロジックにおいて実現される回路、または、BRAMまたはプロセッサのような他の回路に結合するために用いられることを可能にする。
図示された実施形態において、ダイの中心付近の列領域は、コンフィギュレーション、クロック、および他の制御ロジックに使用される。この列から延在するコンフィギュレーション/クロック分配領域1409は、FPGAの幅方向にわたってクロックおよびコンフィギュレーション信号を分配するために使用される。図17に示されたアーキテクチャを利用するあるFPGAは、FPGAの大部分を構成する規則的な列構造を分断させる追加のロジックブロックを含む。追加のロジックブロックは、プログラマブルブロックおよび/または専用回路であり得る。たとえば、図17に示されるプロセッサブロックPROC110は、CLBおよびBRAMの複数列に及ぶ。
図17は、例示的なFPGAアーキテクチャのみを示すことを意図している。列におけるロジックブロックの数、列の相対幅、列の数および順序、列に含まれるロジックブロックのタイプ、ロジックブロックの相対サイズ、アレイにおけるロジックブロックの場所、および図17の上部に含まれる相互接続/ロジックの実現例は、純粋に例示である。たとえば、1つ以上の隣接するCLBの列を有する実際のFPGAは、ユーザロジックの効率的な実施を容易とするために通常はCLBのある場所に含まれる。図17の実施形態は、プログラム可能なリソースを有する集積回路に関係するが、以下により詳細に説明される回路および方法が、任意の種類のASICにおいて実現可能であってもよいことが理解されるべきである。
ここで図18に戻り、図17のデバイスのコンフィギュラブルロジック素子のブロック図が示される。特に、図18は、図17のコンフィギュレーションロジックブロック1702のコンフィギュラブルロジック素子を単純な形態で図示する。図18の実施形態において、スライスM 1801は、4つのルックアップテーブル(LUT)1801A−1801Dを含み、各々は、6つのLUTデータ入力端子A1−A6,B1−B6,C1−C6,D1−D6によって駆動され、各々は2つのLUT出力信号O5およびO6を与える。LUT1801A−1801DからのO6出力端子は、それぞれスライス出力端子A−Dを駆動する。LUTデータ入力信号は、入力マルチプレクサを介してFPGAインターコネクト構造によって与えられるが、入力マルチプレクサは、プログラマブルインターコネクト素子1811によって実現可能であり、LUT出力信号は、また、インターコネクト構造に供給される。スライスMは、また、以下のものを含む。すなわち、出力端子AMUX−DMUXを駆動する出力選択マルチプレクサ1811A−1811D、メモリ素子1802A−1802Dのデータ入力端子を駆動するマルチプレクサ1812A−1812D、組合せマルチプレクサ1816,1818,1819、バウンスマルチプレクサ回路1822−1823、インバータ1805およびマルチプレクサ1806によって表現される回路(ともに入力クロック経路における任意の反転を与えられる)、およびマルチプレクサ1814A−1814D,1815A−1815D,1820−1821および排他ORゲート1813A−1813Dを有する桁上げロジック。これらのすべての素子は、図18に示されるようにともに結合される。図18に示されたマルチプレクサについて選択入力が示されていないが、その選択入力は、コンフィギュレーションメモリセルによって制御される。すなわち、コンフィギュレーションメモリセルに記憶されたコンフィギュレーションビットストリームのコンフィギュレーションビットは、マルチプレクサの選択入力に結合されて、マルチプレクサへの正しい入力を選択する。周知であるこれらのコンフィギュレーションメモリセルは、明確さのために図18から省略されているが、同様にこの明細書における他の選択された図からも示されている。
図示された実施の形態において、メモリ素子1802A−1802Dの各々は、同期または非同期フリップフロップまたはラッチとして機能するようにプログラムされ得る。同期機能と非同期機能との間の選択は、Sync/Asynch選択回路1803をプログラムすることによって、スライス中のすべての4つのメモリ素子に対してなされる。メモリ素子がプログラムされて、S/R(セット/リセット)入力信号がセット機能を与える場合、REV入力端子は、リセット機能を与える。メモリ素子がプログラムされてS/R入力信号がリセット機能を与えるならば、REV入力端子はセット機能を与える。メモリ素子1802A−1802Dは、クロック信号CKによってクロックされ、それは、たとえばインターコネクト構造またはグローバルクロックネットワークによって与えられ得る。そのようなプログラム可能なメモリ素子は、FPGA設計の分野において周知である。各々のメモリ素子1802A−1802Dは、記憶出力信号AQ−DQをインターコネクト構造に与える。LUT 1801A−1801Dの各々が2つの出力信号O5およびO6を与えるので、LUTは、5つの共有入力信号(IN1−IN5)を有する2つの5入力LUT、または入力信号IN1−IN6を有する1つの6入力LUTとして機能するように構成され得る。
図18の実施形態において、LUTM 1801A−1801Dの各々は、複数のモードのいずれかで機能し得る。ルックアップテーブルモードにおける場合、各々のLUTは、入力マルチプレクサを介してFPGAインターコネクト構造によって与えられる6つのデータ入力信号IN1−IN6を有する。64のデータ値のうちの1つが、信号IN1−IN6の値に基づいてコンフィギュレーションメモリセルから選択される。RAMモードにおいて、各々のLUTは、共有アドレシングを有する単一の64ビットRAMまたは2つの32ビットRAMとして機能する。RAM書込データは、入力端子DI1を介して(LUT1801A−1801Cのためのマルチプレクサ1817A−1817Cを介して)64ビットRAMに与えられるか、または入力端子DI1およびDI2を介して2つの32ビットRAMに与えられる。LUT RAMにおけるRAM書込動作は、マルチプレクサ1806からのクロック信号CK、およびマルチプレクサ1807からの書込イネーブル信号WENによって制御されるが、それらはクロックイネーブル信号CEまたは書込イネーブル信号WEのいずれかを選択的に通し得る。シフトレジスタモードにおいて、各々のLUTは、2つの16ビットシフトレジスタ、または直列に結合された2つの16ビットシフトレジスタを有するように機能して、単一の32ビットシフトレジスタを生成する。入力端子DI1およびDI2の一方または両方を介して、シフトイン信号が与えられる。16ビットシフトアウト信号および32ビットシフトアウト信号は、LUT出力端子を通じて与えられ得るとともに、32ビットシフトアウト信号は、LUT出力端子MC31を介してより直接的に与えられ得る。LUT1801Aの32ビットシフトアウト信号MC31は、また、出力選択マルチプレクサ1811DおよびCLE出力端子DMUXを介して、シフトレジスタチェーンのための汎用インターコネクト構造へと与えられ得る。したがって、上記の回路および方法は、図17および図18のデバイスのようなデバイス、または任意の他の適切なデバイスにおいて実現可能であり得る。
図19に戻り、フローチャートは、集積回路を実現する方法を示す。特に、ステップ1902において、Pウェルに形成された複数のn型トランジスタを有するメモリセルと、形成された複数のP型トランジスタが、Nウェルに設けられる。ステップ1904において、Nウェルによって規定される領域内にあることを必要としないメモリセルの任意の回路素子を、Nウェルの外部に配置することによってNウェルの領域が最小化される。ステップ1906において、PタップがNウェルの一方またはより多くの側に設けられる。ステップ1908において、Pウェルのトランジスタが、トランジスタの所定の対の間の距離を増加させるために配置される。ステップ1910において、Nウェルのトランジスタが、トランジスタの所定の対の間の距離を縮めるために配置される。
ここで図20に戻り、フローチャートは集積回路を形成する方法を示す。特に、ステップ2002において基板が準備される。ステップ2004において、Pウェルが基板に形成されて、Pウェルは、メモリセルの複数のN型トランジスタを有する。Nウェルがまた、ステップ2006において基板に形成され、Nウェルは、メモリセルの複数のP型トランジスタを有する。ここで、第1の対のノードに関連付けられたN型トランジスタは、第2の対のノードに関連付けられたN型トランジスタによって分離される。ステップ2008において、Nウェルによって占有される領域内にあることを必要としないメモリセルの素子は、Nウェルの外部に形成される。
したがって、改善された放射線耐性を有する新しい集積回路と、集積回路を実現する方法が記述されたことが理解可能である。開示された発明を取込む多数の代替例および均等物が見られるであろうことは当業者によって理解されるであろう。結果として、本発明は以上の実施形態によって限定されるものではなく、以下に続く特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (12)

  1. 12トランジスタメモリセルを含むメモリセルを有するとともに、改善された放射線耐性を有する集積回路であって、前記集積回路は、
    基板と、
    前記メモリセルの前記基板に形成されたPウェルであって、複数の冗長ノードを有する、前記Pウェルと、
    前記メモリセルの複数のN型トランジスタであって、前記複数のN型トランジスタは、前記複数のN型トランジスタのそれぞれのドレインまたはソースとして複数のN型領域を有し、前記複数のN型領域が前記Pウェルに形成された、前記複数のN型トランジスタと、
    前記基板に形成されたNウェルと、
    前記メモリセルの複数のP型トランジスタであって、前記複数のP型トランジスタは、前記複数のP型トランジスタのそれぞれのドレインまたはソースとして複数のP型領域を有し、前記複数のP型領域が前記Nウェルに形成された、前記複数のP型トランジスタとを備え、
    前記メモリセルは、第1の対のノードと第2の対のノードとを有し、前記第2の対のノードは前記第1の対のノードに対して冗長であり、
    前記第1の対のノードおよび前記第2の対のノードの各々のノードは、同じNウェル内に形成された前記複数のP型領域のそれぞれ1つと関連付けられ
    前記Nウェルの第1の側において、前記第2の対のノードのうちの第1のノードに関連する前記N型領域は、前記第1の対のノードのうちの第1のノードに関連するP型領域と、前記第1の対のノードのうちの第2のノードに関連する前N型領域との間に配置され、前記Nウェルの第2の側において、前記第2の対のノードのうちの第2のノードに関連する前記N型領域は、前記第1の対のノードのうちの第2のノードに関連するP型領域と、前記第1の対のノードのうちの第1のノードに関連するN型領域との間に配置される、集積回路。
  2. 前記Nウェルの前記第1の側にある第1のPタップと、前記Nウェルの前記第2の側にある第2のPタップとをさらに備える、請求項1に記載の集積回路。
  3. 前記メモリセルは、前記Nウェルの前記第1の側および前記Nウェルの前記第2の側にある複数のN型トランジスタを備え、前記集積回路は、さらに、前記Nウェルの前記第1の側にある複数のトランジスタに付けられる第1のワード線コンタクトと、前記Nウェルの前記第2の側にある複数のN型トランジスタに関連付けられる第2のワード線コンタクトとを備える、請求項2に記載の集積回路。
  4. 前記複数のP型トランジスタは、前記第1の対のノードに関連付けられたトランジスタの間の距離を最大化するために前記Nウェルの内部に位置する、請求項1に記載の集積回路。
  5. 12トランジスタメモリセルを含むメモリセルを有するとともに、改善された放射線耐性を有する集積回路を形成する方法であって、前記方法は、
    基板を準備することと、
    前記基板にPウェルを形成することとを備え、前記Pウェルは、冗長ノードを有し、前記方法はさらに、
    前記Pウェルに、前記メモリセルの複数のN型トランジスタを形成することを備え、前記複数のN型トランジスタは、前記複数のN型トランジスタのそれぞれのドレインまたはソースとしての複数のN型領域を有し、前記複数のN型領域は前記Pウェルに形成され、前記方法はさらに、
    前記基板にNウェルを形成することと、
    前記Nウェルに、前記メモリセルの複数のP型トランジスタを形成することとを備え、前記複数のP型トランジスタは、前記複数のP型トランジスタのそれぞれのドレインまたはソースとしての複数のP型領域を有し、前記複数のP型領域は前記Nウェルに形成され、
    前記メモリセルは、第1の対のノードと第2の対のノードとを有し、前記第2の対のノードは前記第1の対のノードに対して冗長であり、
    前記第1の対のノードおよび前記第2の対のノードの各々のノードは、同じNウェル内に形成された前記複数のPウェル領域のそれぞれ1つと関連付けられ
    前記Nウェルの第1の側において、前記第2の対のノードのうちの第1のノードに関連する前N型領域は、前記第1の対のノードのうちの第1のノードに関連する前記P型領域と、前記第1の対のノードのうちの第2のノードに関連する前記N型領域との間に配置され、前記Nウェルの第2の側において、前記第2の対のノードのうちの第2のノードに関連する前記N型領域は、前記第1の対のノードのうちの第2のノードに関連する前記P型領域と、前記第1の対のノードのうちの前記第1のノードに関連する前記N型領域との間に配置される、方法。
  6. 前記Nウェルによって規定される領域内にあることを必要としない、前記メモリセルの素子を、前記Nウェルの外に形成することをさらに備える、請求項5に記載の方法。
  7. 前記Nウェルによって規定された領域の外にVddトレースを形成することをさらに備える、請求項5に記載の方法。
  8. 前記メモリセルの前記Nウェルおよび前記Pウェルを形成することは、前記Nウェルの前記第1の側にある第1のPタップと、前記Nウェルの前記第1の側と反対側にある前記Nウェルの前記第2の側にある前記第2のPタップとを形成することを含む、請求項5に記載の方法。
  9. 前記12トランジスタメモリセルを形成することは、前記Nウェルの前記第1の側および前記Nウェルの前記第2の側に複数のN型トランジスタを形成することを含み、さらに、前記Nウェルの前記第1の側の第1のワード線コンタクトと、前記Nウェルの前記第2の側の第2のワード線コンタクトとを形成することを含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記Nウェルによって規定される領域の外に配置されたVddトレースを形成することをさらに備える、請求項8に記載の方法。
  11. 前記メモリセルの前記複数のN型トランジスタは、前記Nウェルの前記第1の側および前記Nウェルの前記第2の側にある、請求項1に記載の集積回路。
  12. 前記メモリセルの前記複数のN型トランジスタは、前記Nウェルの前記第1の側および前記Nウェルの前記第2の側にある、請求項5に記載の方法。
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