SRAM作为巨规模集成电路以及微处理器中的高速缓冲存储器,占据了大量芯片面积,一般采用最小线宽以限制其面积.选择它来研究特征尺寸缩小对大规模集成电路稳定性的影响具有普遍意义.SRAM存储单元由两个倒相器互相耦合构成,它的稳定性是指抵抗外部静态干扰噪声的能力,通常用"静态噪声容限(SNM)"表征.SNM的定义是:使存储单元状态翻转的最小直流噪声电压;一般考虑最坏情况,即某种直流噪声相反地存在于耦合倒相器的两个数据节点上.决定最差情况SNM的最直观标准是"最大方块边长",即SRAM单元中两个耦合倒相器的电压转移特性曲线之间的最大方块的边长,等于最坏情况下SNM的大小.SRAM分成六管单元和四管单元两种,从工艺角度、尤其是在存储稳定性方面,六管单元显示出相对四管单元的优势,因此该文的研究也主要基于六管SRAM单元展开.该文采用基于物理的α指数模型,推导出超深亚微米SRAM单元的传输函数,进而求出SNM的解析模型,并利用HSPICE软件模拟进行了验证.该模型考虑了深亚微米MOSFET的亚阈值特性、迁移率与电场的关系、载流子速度饱和、漏致势垒降低效应、阈值电压偏离等效应.对SNM的解析分析将有助于理解其物理本质,在设计中能够明确参数的优化方向,提高效率.该文在此基础上进一步全面分析了超深亚微米工艺特点对稳定性的影响.首先,特征尺寸的缩小导致原子量级的本征艺波动问题严重化,产生单元中相邻晶体管的阈值电压失配,沟道长度和宽度失配;而各类单元和阵列寄生电阻也随特征尺寸的缩小而增大.该文研究了上述非理想因素对单元稳定性的影响:采用推导出SNM的解析模型以及HSPICE模拟软件对参数失配问题进行了分析;采取电路一级近似的计算方法,考虑寄生电阻对SNM的解析模型进行修正,并与HSPICE模拟结果进行了比较.其次,超深亚微米工艺中栅氧化厚度的严重波动导致击穿时间下降,击穿后的SRAM存储单元有可能并不影响逻辑功能,但使电路的稳定性退化或改变.该文在对现有的超薄氧化层击穿理论做出评价后,采用渗透理论以及击穿后MOSFET的等效电路模型,分析了栅氧化短路的SRAM单元行为.利用击穿的等效电阻对SNM的减小进行拟合修正后,得到指数关系的表达式.该表达式将软击穿和硬击穿对单元稳定性的影响进行了统一.