Reliability evaluation of finFET-based SRAMs in the presence of resistive defects - Copetti, Thiago Santos (2021)
O desenvolvimento do Fin Field Effect Transistor (FinFET) tornou possível a redução contínua da tecnologia Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS), contornando os problemas causados pelos efeitos de canal curto. Paralelamente, a crescente necessidade de armazenar grande quantidade de informação resultou no fato de que Static Random-Access Memories (SRAM) ocupam grande parte dos sitemas integrados. A variabilidade dos processos de fabricação pode causar vários tipos de defeitos, fortes e fracos, que afetam diretamente a confiabilidade de SRAMs, propagando diferentes tipos de falhas. Um dos principais fatores que reduzem a confiabilidade e a vida útil das SRAMs baseadas em FinFET são os defeitos resistivos fracos. Os defeitos resistivos fracos são considerados a causa mais importante de "test escape", pois ao contrário dos defeitos resistivos fortes, que são facilmente detectáveis, os defeitos fracos requerem mais de uma operação consecutiva para serem propagados em nível lógico Neste contexto, além da investigação dos defeitos resistivos fracos, este trabalho propõe investigar os efeitos de impacto de partículas ionizantes na confiabilidade de SRAMs baseadas em FinFET na presença destes defeitos. Primeiramente, é apresentado um estudo das implicações funcionais de defeitos resistivos de manufatura em SRAMs baseadas em FinFET. Mais detalhadamente, uma análise completa do comportamento de falha estática e dinâmica é realizada por meio de simulações elétricas em um bloco de memória SRAM baseado em tecnologia FinFET, considerando diferentes nós tecnológicos. Os resultados mostram que o grau de sensibilidade ao tipo de defeito está relacionado ao tamanho da tecnologia, sendo que nodos tecnológicos maiores são mais sensíveis a defeitos de circuito aberto (open) e tecnologias menores são mais sensíveis a defeitos de curto circuito (bridges). Posteriormente, um modelo TCAD de uma célula SRAM baseada em FinFET foi desenvolvido para permitir a avaliação do impacto de partículas ionizantes que causam o Single Event Upsets (SEUs). Nesta parte do trabalho, foi desenvolvido um novo modelo de curva para a representar o ataque iônico em células SRAM baseadas em FinFET. Em seguida, foram realizadas simulações SPICE considerando os parâmetros do pulso de corrente obtidos com o simulador TCAD. Finalmente, defeitos resistivos fracos foram injetados na célula SRAM baseada em FinFET. Os resultados mostram que defeitos fracos podem ter uma influência positiva ou negativa na confiabilidade das células contra SEUs causados por impacto de partículas ionizantes.