RU2674935C1 - Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах - Google Patents
Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674935C1 RU2674935C1 RU2018107231A RU2018107231A RU2674935C1 RU 2674935 C1 RU2674935 C1 RU 2674935C1 RU 2018107231 A RU2018107231 A RU 2018107231A RU 2018107231 A RU2018107231 A RU 2018107231A RU 2674935 C1 RU2674935 C1 RU 2674935C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistors
- channel
- type
- radiation
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
- G11C11/40—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
- G11C5/02—Disposition of storage elements, e.g. in the form of a matrix array
- G11C5/04—Supports for storage elements, e.g. memory modules; Mounting or fixing of storage elements on such supports
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
- H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
- H01L27/0925—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors comprising an N-well only in the substrate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в создании радиационно-стойкого элемента памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах, выполненных по технологии объемного кремния, с повышенной стойкостью к внешним радиационным факторам. Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах содержит подложку p-типа и «карман» n-типа, активные области триггерных транзисторов n-типа и p-типа и управляющих транзисторов n-типов, а также дополнительно содержит контакты p+ и n+ к подложке и к «карману», подключенные к шинам нулевого потенциала и питания соответственно и располагающиеся в каждом элементе матрицы памяти рядом с границей между подложкой и «карманом», при этом длина и ширина канала n-канальных и p-канальных транзисторов триггера элемента памяти увеличены, а p-канальные транзисторы триггера выполнены в виде двух параллельно соединенных транзисторов с общей p+ областью стоков. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к радиационно-стойким КМОП элементам памяти многопортовых (один, два и более портов) ОЗУ, и может быть использовано при проектировании радиационно-стойких СБИС по субмикронным КМОП технологиям на объемном кремнии, в частности, СБИС типа «система-на-кристалле» для авионики, аэрокосмических и других применений.
Известны [патент США №6469328 В2, патент США №6909135 В2] конструктивно-топологические решения КМОП элементов памяти ОЗУ, занимающих минимальную площадь на кристалле, в которых отсутствуют контакты к подложке и «карману». В матрице элементов памяти данные контакты, подключенные к шинам нулевого потенциала и питания, расположены вне элементов памяти с шагом в несколько ячеек.
Конструктивно-топологические решения, выполненные согласно прототипу и изобретению, соответствуют стандартному 8-транзисторному (8Т) элементу памяти двухпортового (Фиг. 1) статического ОЗУ, в котором транзисторы T1, Т2, Т3, Т4 образуют триггер элемента памяти, а пары транзисторов Т5-Т6 и Т7-Т8 предназначены для записи и считывания информации в элемент памяти по первому и второму портам соответственно.
Наиболее близким к заявленному изобретению является элемент памяти, выполненный в соответствии с патентом США №6909135 В2. Конструкция двухпортового элемента памяти, разработанная в соответствии с этим патентом приведена на Фиг. 2, где показаны область 1 n-кармана, области 2 и 3 затворов n-канальных и p-канальных транзисторов соответственно, области 4 и 5 стоков/истоков n-канальных и p-канальных транзисторов соответственно, топологическая граница 6 элемента памяти, по которой стыкуются соседние элементы памяти, контакты 7 диффузии и поликремния к первому уровню металлизации, контакты 8 диффузии и поликремния ко второму и третьему уровням металлизации. Данный элемент памяти выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатком конструктивного решения элемента памяти прототипа является его низкая радиационная стойкость к ионизирующему излучению. Это связано со значительными утечками в области n-канальных транзисторов: между n+ областями стоков/истоков соседних транзисторов с разным потенциалом и между n-карманом и n+ областями стоков/истоков с нулевым потенциалом. Кроме того, такая конструкция элементов памяти обладает низкой стойкостью к эффекту «защелкивания» и к одиночным и многократным сбоям при воздействии тяжелых частиц.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание радиационно-стойкого элемента памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах, выполненных по технологии объемного кремния, с повышенной стойкостью к внешним радиационным факторам, за счет наличия контактов p+ и n+ к подложке и «карману», подключенных к шинам нулевого потенциала и питания соответственно и располагающимся в каждом элементе матрицы памяти рядом с границей подложка-«карман», за счет увеличения длины и ширины канала n- и p-канальных транзисторов триггера элемента памяти, а также за счет выполнения p-канальных транзисторов триггера элемента памяти в виде двух параллельно соединенных транзисторов с общей p+ областью стоков.
Заявленный элемент памяти может быть использован для создания ОЗУ с одним, двумя и более числом портов. Высокая радиационная стойкость элемента памяти достигается за счет существенного снижения межприборной утечки между n-карманом и n+ областями стоков/истоков транзисторов n-типа триггера элемента памяти при воздействии ионизирующего излучения, а также исключения эффекта «защелкивания» в элементе памяти при воздействии тяжелых частиц.
Поставленный технический результат достигнут путем создания радиационно-стойкого элемента памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах, содержащий подложку p-типа и «карман» n-типа, активные области триггерных транзисторов n-типа и p-типа и управляющих транзисторов n-типов, отличающегося тем, что дополнительно содержит контакты p+ и n+ к подложке и к «карману», подключенные к шинам нулевого потенциала и питания соответственно и располагающиеся в каждом элементе матрицы памяти рядом с границей между подложкой и «карманом», при этом длина и ширина канала n-канальных и p-канальных транзисторов триггера элемента памяти увеличены, а p-канальные транзисторы триггера выполнены в виде двух параллельно соединенных транзисторов с общей p+ областью стоков.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.
Фиг. 1. Схема восьмитранзисторного элемента памяти ОЗУ, выполненная согласно изобретению и прототипу.
Фиг. 2. Конструктивно-топологическая схема элемента памяти, выполненная согласно прототипу.
Фиг.3. Конструктивно-топологическая схема элемента памяти, выполненная согласно заявленному изобретению.
Фиг.4. Конструктивно-топологическая схема массива, состоящего из четырех элементов памяти, выполненная согласно изобретению.
Элементы:
T1-Т8 - транзисторы;
1 - область n-кармана;
2 - область затвора n-канального транзистора;
3 - область затвора p-канального транзистора;
4 - область стоков/истоков n-канального транзистора;
5 - область стоков/истоков p-канального транзистора;
6 - топологическая граница элемента памяти, по которой стыкуются соседние элементы памяти;
7 - контакты диффузии и поликремния к первому уровню металлизации;
8 - контакты диффузии и поликремния ко второму и третьему уровням металлизации;
9 - область p+ охраны;
10 - область n+ охраны.
Рассмотрим вариант выполнения заявленного радиационно-стойкого элемента памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах (Фиг. 3-4). В конструктивно-топологическом решении элемента памяти (Фиг. 3) p+ контакты подложки к шине нулевого потенциала располагаются вдоль границы «карман»-подложка без разрыва поликремниевых затворов транзисторов, что позволяет одновременно уменьшить ток утечки между областями стоков/истоков транзисторов Т3, Т4, Т7, Т8 и n-карманом после облучения и обеспечить высокую стойкость к «тиристорному» эффекту. Расположение сплошного n+ контакта к n-карману позволяет блокировать распространение избыточного заряда от попадания тяжелой заряженной частицы в соседние ячейки памяти и уменьшить кратность сбоев. Увеличенные геометрические размеры транзисторов T1, Т2, Т3, Т4 позволяют повысить ток хранения и внутренние узловые емкости, что способствует увеличению критического заряда, необходимого для возникновения сбоя. Транзисторы p-типа Т1 и Т2 при этом выполнены в виде двух параллельно соединенных транзисторов с общим стоком, что позволяет не увеличивать площадь чувствительной области и ячейки памяти. Увеличенная длина канала транзисторов T1, Т2, Т3, Т4 способствует уменьшению внутритранзисторных токов утечки, в том числе и после облучения.
На Фиг. 3 показаны область n-кармана 1, области 2 и 3 затворов n- и p-канальных транзисторов соответственно, области стоков/истоков 4 и 5n- и p-канальных транзисторов соответственно, топологическая граница 6 элемента памяти, по которой стыкуются соседние элементы памяти, контакты 7 диффузии и поликремния к первому уровню металлизации, контакты 8 диффузии и поликремния ко второму и третьему уровням металлизации. Все области 9 р+ охраны подключаются к шине нулевого потенциала, а области 10 n+ охраны - к шине питания, благодаря чему обеспечивается привязка подложки и области 1 n-кармана.
Испытания микросхем, разработанных с использованием сложно-функциональных блоков двухпортовых ОЗУ с предложенной ячейкой памяти, показали высокую дозовую стойкость и отсутствие тиристорного эффекта при воздействии тяжелых частиц во всем диапазоне линейных потерь энергии. Пороговое ЛПЭ одиночных сбоев при этом увеличилось в два раза, а многократные сбои в различных информационных битах не выявлены.
На Фиг. 4 показаны область n-кармана 1, области 2 и 3 затворов n- и p-канальных транзисторов соответственно, области 4 и 5 стоков/истоков n-канальных и p-канальных транзисторов соответственно, топологическая граница 6 элемента памяти, по которой стыкуются соседние элементы памяти, контакты 7 диффузии и поликремния к первому уровню металлизации, контакты 8 диффузии и поликремния ко второму и третьему уровням металлизации, контакты области 9 p+ охраны и области 10 n-кармана. Соседние элементы памяти соединены между собой для наращивания массивов по вертикали областями стоков транзисторов Т5, Т6, Т7 и Т8 и по горизонтали затворами транзисторов Т5 и Т6. Адресные шины (АШ) проведены горизонтально, при этом они соединяют элементы памяти в строках накопителя по соответствующим портам. Прямые и инверсные разрядные шины (РШ, 
) проведены вертикально, при этом они соединяют элементы памяти в столбцах накопителя по соответствующим портам.
Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.
Claims (1)
- Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах, содержащий подложку p-типа и «карман» n-типа, активные области триггерных транзисторов n-типа и p-типа и управляющих транзисторов n-типов, отличающийся тем, что дополнительно содержит контакты p+ и n+ к подложке и к «карману», подключенные к шинам нулевого потенциала и питания соответственно и располагающиеся в каждом элементе матрицы памяти рядом с границей между подложкой и «карманом», при этом длина и ширина канала n-канальных и p-канальных транзисторов триггера элемента памяти увеличены, а p-канальные транзисторы триггера выполнены в виде двух параллельно соединенных транзисторов с общей p+ областью стоков.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107231A RU2674935C1 (ru) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107231A RU2674935C1 (ru) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2674935C1 true RU2674935C1 (ru) | 2018-12-13 |
Family
ID=64753429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107231A RU2674935C1 (ru) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2674935C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727332C1 (ru) * | 2019-12-27 | 2020-07-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ повышения радиационной стойкости микросхем статических ОЗУ на структурах "кремний на сапфире" |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6656803B2 (en) * | 1994-12-20 | 2003-12-02 | Stmicrocelectronics, Inc. | Radiation hardened semiconductor memory |
| US6909135B2 (en) * | 2001-05-28 | 2005-06-21 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor memory device |
| US8497195B2 (en) * | 2004-02-17 | 2013-07-30 | Silicon Space Technology Corporation | Method for radiation hardening a semiconductor device |
| RU2539869C1 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-01-27 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" (ЗАО "ЭЛВИИС") | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
| RU2563548C2 (ru) * | 2014-02-04 | 2015-09-20 | Акционерное общество "Конструкторско-технологический центр "ЭЛЕКТРОНИКА" (АО "КТЦ "ЭЛЕКТРОНИКА") | Радиационно-стойкая энергонезависимая программируемая логическая интегральная схема |
-
2018
- 2018-02-27 RU RU2018107231A patent/RU2674935C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6656803B2 (en) * | 1994-12-20 | 2003-12-02 | Stmicrocelectronics, Inc. | Radiation hardened semiconductor memory |
| US6909135B2 (en) * | 2001-05-28 | 2005-06-21 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor memory device |
| US8497195B2 (en) * | 2004-02-17 | 2013-07-30 | Silicon Space Technology Corporation | Method for radiation hardening a semiconductor device |
| RU2539869C1 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-01-27 | Закрытое акционерное общество "Электронно-вычислительные информационные и инструментальные системы" (ЗАО "ЭЛВИИС") | Радиационно-стойкая библиотека элементов на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах |
| RU2563548C2 (ru) * | 2014-02-04 | 2015-09-20 | Акционерное общество "Конструкторско-технологический центр "ЭЛЕКТРОНИКА" (АО "КТЦ "ЭЛЕКТРОНИКА") | Радиационно-стойкая энергонезависимая программируемая логическая интегральная схема |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727332C1 (ru) * | 2019-12-27 | 2020-07-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ повышения радиационной стойкости микросхем статических ОЗУ на структурах "кремний на сапфире" |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10163491B2 (en) | Memory circuit having shared word line | |
| US5805494A (en) | Trench capacitor structures | |
| US6909135B2 (en) | Semiconductor memory device | |
| US8913455B1 (en) | Dual port memory cell | |
| JP6681194B2 (ja) | 改善された放射線特性を有する集積回路 | |
| US4809226A (en) | Random access memory immune to single event upset using a T-resistor | |
| JPH077089A (ja) | 記憶セル | |
| Cho et al. | Static random access memory characteristics of single-gated feedback field-effect transistors | |
| US6064590A (en) | Non-volatile static random access memory device | |
| JPS61170996A (ja) | ソフト誤り保護回路を有するメモリ回路のための高速書込み回路 | |
| RU2674935C1 (ru) | Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах | |
| CA2101559C (en) | Complementary logic input parallel (clip) logic circuit family | |
| US4791611A (en) | VLSI dynamic memory | |
| RU2692307C1 (ru) | Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах | |
| JPS6050066B2 (ja) | Ｍｏｓ半導体集積回路装置 | |
| RU2580071C1 (ru) | Ячейка памяти комплементарной металл-оксид-полупроводниковой структуры озу | |
| RU184546U1 (ru) | Радиационно-стойкий элемент памяти для статических оперативных запоминающих устройств на комплементарных металл-окисел-полупроводник транзисторах | |
| JPS5922359A (ja) | 集積化半導体記憶装置 | |
| CN109545251B (zh) | 由静态随机存取存储器组成的存储器元件的布局图案 | |
| Kishor et al. | Design of a ternary FinFET SRAM cell | |
| US7269057B2 (en) | Method for connecting circuit elements within an integrated circuit for reducing single-event upsets | |
| KR960015591A (ko) | Sram 셀 | |
| US20060102965A1 (en) | Semiconductor device | |
| US10148254B2 (en) | Standby current reduction in digital circuitries | |
| Mavis et al. | A reconfigurable, nonvolatile, radiation hardened field programmable gate array (FPGA) for space applications |