一種改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲器領(lǐng)域，具體涉及一種改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體存儲器集成電路的集成度越來越高，對晶體管性能的要求也日益增高。因此，對于晶體管可靠性的要求也隨之提高。在CMOS工藝中，負柵壓溫度不穩(wěn)定性(NBTI)會極大影響PMOS的工作穩(wěn)定性。
[0003]NBTI (negative bias temperature instability)效應(yīng)發(fā)生在 PMOS 器件中，弓丨起其一系列電學(xué)參數(shù)的退化，當器件的柵極處于負偏壓下時，器件的飽和漏極電流Idsat和跨導(dǎo)Gm不斷減小、閾值電壓絕對值不斷增大。這種導(dǎo)致器件性能衰退的NBTI效應(yīng)，會隨著柵極上的偏置電壓的增加和溫度的升高而更加顯著。NBTI主要是由硅/氧化層界面陷阱電荷和氧化層電荷的變化而引起的。在柵極的硅/氧化層界面中存在著一些Si的懸掛鍵，如Si3 = Si.和Si20 = Si.，一般認為在工藝工程上，H會和硅的懸掛鍵結(jié)合形成SiH鍵，稱為氫鈍化。但是在器件工作中會在柵極上形成一個高電場，此時SiH鍵就容易被打斷，形成H，H+或H2。這樣硅的懸掛鍵就會吸引一個電荷，成為帶正電性的界面陷阱電荷(Interface trapped charge)ο這樣所形成的不穩(wěn)定狀態(tài)我們稱做界面態(tài)，這是一個可逆的電化學(xué)反應(yīng)，受柵極上的偏置電壓的增加和溫度的升高影響顯著。界面陷阱電荷的變化率和電場強度成正比，由于電場強度會隨著技術(shù)節(jié)點的提高，以及氧化層厚度的減小而增加(如圖1所示)，因此可以認為NBTI效應(yīng)會隨著技術(shù)節(jié)點的提高而更加顯著。
[0004]在存儲器電路中，靈敏放大器的設(shè)計直接制約著存儲器的存取時間，往往是提高存儲器速度的瓶頸所在。隨著工藝節(jié)點的不斷下降，NBTI效應(yīng)對靈敏放大器電路中的PMOS管性能的影響越來越大，有必要提出一種改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，有效消除NBTI效應(yīng)對電路的影響，從而提高存儲器電路的整體性能和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，可以用于緩解PMOS晶體管的NBTI效應(yīng)。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，包括一個SRAM靈敏放大器單元、以及一個NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元:
所述SRAM靈敏放大器單元包括位線BLB、位線BL、預(yù)充電信號端Precharge、以及兩個PMOS晶體管和三個NMOS晶體管，其中，第一 PMOS晶體管Ml的源極和第二PMOS晶體管M2的源極共同連接高電平端VDD，柵極互連，第一 PMOS晶體管Ml的漏極連接放大器輸出端OUT及第一 NMOS晶體管M3的漏極，第二 PMOS晶體管M2的漏極與其自身柵極互連，其漏極與柵極連接的公共端連接第二 NMOS晶體管M4的漏極； 所述第一 NMOS晶體管M3的柵極連接位線BLB，第二 NMOS晶體管M4的柵極連接另一條位線BL，第一 NMOS晶體管M3的源極與第二 NMOS晶體管M4的源極互連，其源極互連的公共端連接第三NMOS晶體管M5的漏極；
所述第三NMOS晶體管M5的源極連接一個反相器INV的輸出端，第三NMOS晶體管M5的柵極連接預(yù)充電信號端Precharge ；
所述NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元包括所述反相器INV、第三PMOS晶體管M6、以及恢復(fù)單元信號輸入端IN，其中，所述反相器INV的輸入端和第三PMOS晶體管M6的柵極共同連接恢復(fù)單元信號輸入端IN，第三PMOS晶體管M6的源極連接高電平端VDD，其漏極連接第一 PMOS晶體管Ml和第二 PMOS晶體管M2的柵極互連公共端。
[0007]進一步的，所述輸出端OUT設(shè)置于第一 PMOS晶體管Ml的漏極與第一 NMOS晶體管M3的漏極互連公共端。
[0008]進一步的，所述PMOS晶體管M6為高閾值電壓晶體管。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
1.當靈敏放大器工作于恢復(fù)模式時，信號輸入端IN為低電平0V，PMOS晶體管Ml與PMOS晶體管M2的柵極通過PMOS晶體管M6充電到VDD，有效地加速了靈敏放大器中PMOS晶體管Ml和PMOS晶體管M2的NBTI效應(yīng)恢復(fù)速度，有效抑制了 PMOS管閾值電壓的負向漂移，提高了靈敏放大器電路的性能與可靠性。
[0010]2.當靈敏放大器工作于恢復(fù)模式時，信號輸入端IN為低電平0V，反相器INV的輸出端為高電平VDD，由于PMOS晶體管Ml與PMOS晶體管M2的源極也連接高電平VDD，所以靈敏放大器的上下兩端都連接高電平VDD，也就是說靈敏放大器上下兩端的電壓擺幅為0，有效地改善了靈敏放大器電路的靜態(tài)功耗。
【附圖說明】
[0011]圖1為氧化層電場強度隨技術(shù)節(jié)點和氧化層厚度的減小而變化的趨勢圖；
圖2為本發(fā)明中改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路。
【具體實施方式】
[0012]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
[0013]參照圖2所示，一種改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，包括一個SRAM靈敏放大器單元、以及一個NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元:
虛線框內(nèi)為所述SRAM靈敏放大器單元，所述SRAM靈敏放大器單元包括位線BLB、位線BL、預(yù)充電信號端Precharge、以及兩個PMOS晶體管和三個NMOS晶體管，其中，第一 PMOS晶體管Ml的源極和第二 PMOS晶體管M2的源極共同連接高電平端VDD，柵極互連，第一 PMOS晶體管Ml的漏極連接放大器輸出端OUT及第一 NMOS晶體管M3的漏極，第二 PMOS晶體管M2的漏極與其自身柵極互連，其漏極與柵極連接的公共端連接第二 NMOS晶體管M4的漏極；所述第一 NMOS晶體管M3的柵極連接位線BLB，第二 NMOS晶體管M4的柵極連接另一條位線BL，第一 NMOS晶體管M3的源極與第二 NMOS晶體管M4的源極互連，其源極互連的公共端連接第三NMOS晶體管M5的漏極；
所述第三NMOS晶體管M5的源極連接一個反相器INV的輸出端，第三NMOS晶體管M5的柵極連接預(yù)充電信號端Precharge ；
所述NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元包括所述反相器INV、第三PMOS晶體管M6、以及恢復(fù)單元信號輸入端IN，其中，所述反相器INV的輸入端和第三PMOS晶體管M6的柵極共同連接恢復(fù)單元信號輸入端IN，第三PMOS晶體管M6的源極連接高電平端VDD，其漏極連接第一 PMOS晶體管Ml和第二 PMOS晶體管M2的柵極互連公共端。
[0014]所述輸出端OUT設(shè)置于第一 PMOS晶體管Ml的漏極與第一 NMOS晶體管M3的漏極互連公共端。
[0015]在恢復(fù)單元中使用一個額外的PMOS晶體管M6來為靈敏放大器中的PMOS晶體管Ml和M2提供柵極高電平VDD。所述PMOS晶體管M6為高閾值電壓晶體管，其本身對NBTI效應(yīng)不敏感。雖然高閾值電壓的晶體管會造成電路速度的下降，但PMOS晶體管M6的作用只是將處于正常工作模式的靈敏放大器切換到恢復(fù)模式，所以只會增加切換延時而不影響靈敏放大器電路的整體性能。并且通過優(yōu)化PMOS晶體管M6的尺寸能夠有效降低電路整體面積。
[0016]當靈敏放大器電路處在正常工作模式時，高電平VDD施加于輸入端IN，反相器INV輸出低電平0V，高閾值PMOS晶體管M6關(guān)閉，兩條位線BLB和BL預(yù)充電到高電平VDD，Precharge先置為高電平VDD，通過PMOS晶體管M5使靈敏放大器電路的內(nèi)部節(jié)點放電，設(shè)置初始狀態(tài)；然后Precharge信號置為低電平0V，靈敏放大器進入靈敏放大階段，通過輸出端OUT輸出靈敏放大結(jié)果，整個電路正常工作。
[0017]當靈敏放大器處于恢復(fù)模式時，低電平OV施加于輸入端IN，反相器INV輸出高電平VDD，Precharge信號保持低電平0V，這時，高閾值PMOS晶體管M6打開，靈敏放大器內(nèi)部的PMOS晶體管Ml和M2的柵極通過高閾值PMOS晶體管M6充電到高電平VDD，進入NBTI效應(yīng)恢復(fù)模式。
[0018]恢復(fù)模式有效抑制了 PMOS管閾值電壓的負向漂移，提高了靈敏放大器電路的性能與可靠性。同時，PMOS晶體管Ml與PMOS晶體管M2的源極以及NMOS晶體管的源極都連接高電平VDD，也就是說靈敏放大器上下兩端的電壓擺幅為0，有效地改善了靈敏放大器電路的靜態(tài)功耗。從整體上加強了電路的性能。電路結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的實用價值和廣闊的市場前景。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，其特征在于，包括一個SRAM靈敏放大器單元、以及一個NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元: 所述SRAM靈敏放大器單元包括位線BLB、位線BL、預(yù)充電信號端Precharge、以及兩個PMOS晶體管和三個NMOS晶體管，其中，第一PMOS晶體管Ml的源極和第二PMOS晶體管M2的源極共同連接高電平端VDD，柵極互連，第一 PMOS晶體管Ml的漏極連接放大器輸出端OUT及第一 NMOS晶體管M3的漏極，第二 PMOS晶體管M2的漏極與其自身柵極互連，其漏極與柵極連接的公共端連接第二 NMOS晶體管M4的漏極； 所述第一 NMOS晶體管M3的柵極連接位線BLB，第二 NMOS晶體管M4的柵極連接另一條位線BL，第一 NMOS晶體管M3的源極與第二 NMOS晶體管M4的源極互連，其源極互連的公共端連接第三NMOS晶體管M5的漏極； 所述第三NMOS晶體管M5的源極連接一個反相器INV的輸出端，第三NMOS晶體管M5的柵極連接預(yù)充電信號端Precharge ； 所述NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元包括所述反相器INV、第三PMOS晶體管M6、以及恢復(fù)單元信號輸入端IN，其中，所述反相器INV的輸入端和第三PMOS晶體管M6的柵極共同連接恢復(fù)單元信號輸入端IN，第三PMOS晶體管M6的源極連接高電平端VDD，其漏極連接第一 PMOS晶體管Ml和第二 PMOS晶體管M2的柵極互連公共端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，其特征在于，所述輸出端OUT設(shè)置于第一 PMOS晶體管Ml的漏極與第一 NMOS晶體管M3的漏極互連公共端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，其特征在于，所述PMOS晶體管M6為高閾值電壓晶體管。
【專利摘要】本發(fā)明是一種改善靈敏放大器負偏壓溫度不穩(wěn)定性的恢復(fù)電路，包括一個SRAM靈敏放大器單元、以及一個NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元，所述SRAM靈敏放大器單元包括位線BLB、位線BL、預(yù)充電信號端Precharge、以及兩個PMOS晶體管和三個NMOS晶體管，所述NBTI效應(yīng)恢復(fù)單元包括所述反相器INV、第三PMOS晶體管M6、以及恢復(fù)單元信號輸入端IN。本發(fā)明降低了NBTI效應(yīng)對靈敏放大器電路的影響，提高了靈敏放大器電路的性能與可靠性，降低了電路功耗，提高存儲器整體穩(wěn)定性，增強了存儲器的存取性能。
【IPC分類】G11C7-06, H03K19-003
【公開號】CN104579300
【申請?zhí)枴緾N201410803600
【發(fā)明人】翁宇飛, 李力南, 姜偉
【申請人】蘇州寬溫電子科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月23日