基于TCAD三維器件模型仿真的電荷共享效應(yīng)研究.pdf

1、隨著集成電路制造工藝的發(fā)展，器件特征尺寸不斷減小，器件間距也隨之減小。當(dāng)輻射環(huán)境中的高能粒子轟擊半導(dǎo)體器件靈敏區(qū)域時(shí)，會(huì)在其敏感節(jié)點(diǎn)收集電荷，進(jìn)而引發(fā)單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)或單粒子瞬態(tài)脈沖效應(yīng)。當(dāng)特征尺寸進(jìn)入納米級(jí)尺度時(shí)，電荷共享效應(yīng)將成為該領(lǐng)域重要的可靠性問題之一。電荷共享不僅能導(dǎo)致存儲(chǔ)單元發(fā)生多位翻轉(zhuǎn)，還會(huì)使組合邏輯中產(chǎn)生多個(gè)單粒子瞬態(tài)脈沖，使系統(tǒng)的軟錯(cuò)誤率增加，從而加大抗輻射設(shè)計(jì)的難度。目前國內(nèi)對電荷共享效應(yīng)的研究主要集中于分立的MOS管

2、之間，且主要考慮90 nm以上的工藝，并沒有考慮存儲(chǔ)單元和更小特征尺寸時(shí)電荷共享效應(yīng)的影響或作用。因此，有必要從這些方面對電荷共享效應(yīng)進(jìn)行具體的研究分析，將其對電路的影響進(jìn)行有針對性的加固。
　　本文基于TCAD軟件三維器件模型仿真，對40 nm CMOS工藝器件中的電荷共享效應(yīng)做了深入的分析和研究，使用的SPICE模型為基于IBM40 nm CMOS工藝模型。本文完成的主要研究工作包括：
　?。?）40 nm工藝器件三維建

3、模。通過查閱相關(guān)資料，建立了與IBM40 nm CMOS工藝SPICE模型校準(zhǔn)的晶體管三維器件模型。
　　（2）不同因素對電荷共享效應(yīng)的影響。研究了40 nm工藝中STI深度、粒子入射角度以及N型深阱的存在對電荷共享的影響。發(fā)現(xiàn)40 nm工藝中STI在500 nm時(shí)為抑制NMOS間電荷共享收集的有效深度；PMOS間電荷共享隨STI增大呈線性下降；角度入射和N型深阱的引入會(huì)極大的增加NMOS間的電荷共享收集。
　?。?）40

4、nm工藝中，電荷共享效應(yīng)對單粒子瞬態(tài)（SET）脈寬和SRAM單元單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）的影響。發(fā)現(xiàn)電荷共享的增加會(huì)抑制SET脈寬，并且在角度入射和三阱工藝中，SRAM單元會(huì)在電荷共享較大時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)恢復(fù)。設(shè)計(jì)了新的版圖結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以充分利用NMOS間電荷共享，將不同NMOS間距時(shí)的翻轉(zhuǎn)恢復(fù)閾值降低20％以上。
　?。?）抑制電荷收集的方法研究。證明了90 nm工藝中常用的“保護(hù)漏”結(jié)構(gòu)在40 nm工藝中的不適用性。提出了新的抑制電荷