γ - MES conference

VI Всероссийская научно-техническая
конференция
"Проблемы разработки перспективных
микро- и наноэлектронных систем"
Моделирование радиационно-индуцированных
токов утечки в МОП-структурах при воздействии
гамма- и рентгеновского излучений
А.А. Смолин1, А.В. Согоян1,2, А.В. Уланова1,2, А.А. Демидов1,2
1Институт
экстремальной прикладной электроники (ИЭПЭ)
2ОАО «Экспериментальное научно-производственное объединение
Специализированные электронные системы» (ОАО «ЭНПО СПЭЛС»)
3.10.2014
Использование источников
рентгеновского излучения
 Калибровочная дозиметрия:
Предполагается возможность
полного совмещения дозовых
зависимостей критериальных
параметров с использованием
линейного преобразования
вида:
Приращение тока потребления SET, А
0.006
0.005
 - источник
X - источник
0.004
0.003
0.002
0.001
0.000
Dγ = k×Dx
0
20
40
60
D, тыс. ед
2
Ограничения методики
 Совмещение дозовых зависимостей с использованием
данной методики в некоторых случаях не достигается.
0.16
Èçì åí åí èå ñì åù åí èÿ í óëÿ
õàðàêòåðèñòèêè ï ðåî áðàçî âàí èÿ, Â
Изменение тока потребления, мА
1,2
1,0
x-Ray
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0.14

x-Ray
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
-0.02
0
1
3
2
Уровень воздействия, ед 10
3
4
0
10
20
30
40
50
3
Óðî âåí ü âî çäåéñòâèÿ, åä10
3
Дозовая деградация КМОП ИС
 Основным механизмом
дозовой деградации КМОП ИС
с глубоко-субмикронными
технологическими нормами
является увеличение токов
утечек n-канальных
транзисторов, вызванное
встраиванием радиационноиндуцированного заряда в
STI.
N+ исток
Поликремниевый затвор
STI
Ток
утечки
N+ сток
STI
Ток
утечки
Схематичное расположение каналов
утечки (вид сверху)
Необходимо исследование особенностей формирования
радиационно-индуцированного заряда в STI окислах при
воздействии гамма- и рентгеновского излучений.
Использованный метод решения
Для моделирования дозовой деградации
паразитных структур использовались средства
приборно-технологического моделирования
TCAD Sentaurus.
Решалась самосогласованная задача
моделирования процессов генерации, переноса
и захвата радиационно-индуцированного заряда
в окисле.
Расчет производился в рамках
диффузионно-дрейфового приближения.
5
Определение характера распределения
центров захвата (этап 1)
 Совмещение расчетных (треугольники) и экспериментальных
(круги) зависимостей удается получить только при
совместном задании распределения центров захвата на
границе раздела и в объеме окисла с сопоставимой
поверхностной плотностью.
σ = 5×1013 см-3
p-type Si
SiO2
12 В
ρ = 1.4×1018 см-3
poly-Si
1.2 В
6
Воздействие гамма- и рентгеновского
излучений (этап 2)
 Установленный характер пространственного
распределения ловушек использован для расчета
накопления заряда в паразитной МОП-структуре при
воздействии рентгеновского и гамма-излучений
 Рассматривалось смещение
1.2 В, соответствующее
режиму использования
в составе ИС
Fy
Параметры функций первичного
выхода рекомбинации
соответствуют приведенным в
литературных источниках
E, В/см
7
Результаты раcчета
рентген
рентген (Kx=0.32)
γ
 расчетные дозовые зависимости сдвига напряжения плоских зон
для гамма- и рентгеновского излучений и зависимость для
рентгеновского излучения, совмещенная с коэффициентом
калибровки Kx=0.32 (красным цветом)
8
до воздействия
рентген
poly-Si
Si
SiO2
Si
γ
рентген
SiO2
Напряженность поля, В/см
γ
poly-Si
Концентрация захваченного заряда, см-3
 Анализ полученных результатов позволил связать отличия
кинетик дозовой деградации с особенностями захвата заряда в
объеме окисла при воздействии двух типов излучения.
9
Токи утечки для МОП структуры
Расчетные
Экспериментальные
Изменение тока потребления, мА
1,2
1,0
x-Ray
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
1
2
3
4
Уровень воздействия, ед 103
10
Расчет для транзистора (этап 3)
 Использована структура,
соответствующая части
транзистора, граничащей с
STI.
 Параметры транзистора
соответствуют
технологической модели
транзистора технологии 180
нм HMOS8 (НИИМЭ и
Микрон)
STI
11
Особености 3D случая
 Значительное усложнение картина распределения
заряда и электрического поля в структуре
Распределение потенциала
Распределение захваченного
заряда (100 крад рентген)
12
Результат расчета для 3D задачи
13
Основные результаты:
 проведен обзор радиационных эффектов в
осажденных окислах и сравнительный анализ
воздействия рентгеновского и гамма излучений;
 верифицирована модель задания пространственной
локализации центров захвата в осажденном окисле,
обеспечивающая согласие с экспериментальными
данными при сильных и слабых полях;
 описан механизм, объясняющий экспериментально
наблюдаемые особенности дозовой деградации
КМОП ИС при проведении испытаний на основе
совместного использования источников гамма- и
рентгеновского излучений;
15
Спасибо за внимание!