FinFET集成电路SET试验表征及基于布局布线的软错误抑制

With aerospace technology advancing rapidly，radiation hardened integrated circuits (ICs) are requiring higher performance and should be self-controllable, the research based on FinFET technology can meet the demand and help to break through new techniques. Single event transient (SET) still contributes to most soft errors in nanometer digital ICs, with whether planar or FinFET technology. Howerver, there exist enormous changes in the features of geometry structure, material, integration and so on，which bring new challenges to experiment characterization and soft error mitigation. Based on 16nm bulk FinFET technology, several basic experiments will be conducted, such as SEMT measurement and SET Quenching characterizing and so on, and then the effect of charge sharing on SET generation and SET propagation will be discovered. Furthermore, new rules for placement and routing will be developed to mitigate soft error during placement and routing. The studies will bring about several novel and applied products, which help our country race to control a commanding point of younger generation techniques.

随着我国空间技术的高速发展，国家对抗辐射集成电路提出了更高性能、自主可控等高层次要求，基于FinFET工艺展开研究有利于实现新的技术突破。与传统平面工艺相似，单粒子瞬态（SET）仍然是FinFET集成电路软错误的最主要来源；然而，FinFET工艺下器件的结构特性、材料特性、集成性等发生了巨大变化，FinFET器件与电路的SET特性势必发生巨大改变，对试验表征与软错误抑制提出新的巨大挑战。本课题基于16纳米体硅FinFET工艺，通过突破FinFET工艺下SEMT、SET Quenching测量等多项基础试验，揭示FinFET工艺下电荷共享效应对器件与电路SET产生与传播的作用规律；进而在布局布线层面，通过构造设计规则，达到抑制软错误的目的。相关研究有望取得若干原创而实用的成果，有利于加速抢占新一代技术制高点。

我国航天技术的飞速发展正驱使星载弹载抗辐射集成电路设计所需工艺尺寸不断缩减，而FinFET器件天然的抗总剂量优势使得FinFET工艺有望成为新一代抗辐射高性能集成电路的载体。本课题基于体硅FinFET工艺设计了高精度的SET以及SEMT测量电路，完成一系列基础试验，特别是FinFET工艺下SET与SEMT的测量，获得FinFET工艺下SET与SEMT脉冲产生规律；研究了SET传播规律，并研究多重维度上电荷共享效应对SET传播的影响规律，全面地了解电荷共享效应成为常态的情况下SET在组合逻辑中的产生与传播规律，获得该工艺结点下器件与电路SET特性的原始数据。本课题也推动了基于布局布线的抗辐射加固设计方法研究，以试验手段，研究了精细沟道工程对器件电荷共享收集与SET特性的影响规律，为布局布线过程中的抗辐射设计考虑提供了单元替换指南；研究了组合逻辑布局布线中抗辐射设计的指导性规则，以期形成更多的逻辑屏蔽阻挡SET的传播、最大化的实现电荷共享效应正向利用、尽可能地实现SET或SEMT汇聚时的相互抵消，实现软错误的抑制。本课题基于先进的体硅FinFET工艺所开展单粒子效应相关理论研究和基础实验，对提升我国核心集成电路设计水平、抢占下一代高性能抗辐射集成电路设计制高点具有重要理论与实践意义。