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, åä10 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!