Исследование и разработка структур для экстракции параметров моделей схемотехнического учета дозовых радиационных эффектов субмикронных СБИС

А.И. Титов, Н.А. Шелепин, А.В. СелецкийОАО «НИИМЭ»

atitov@mikron.ru

2014

Основные проблемы при нахождении ИС под воздействием радиационного излучения

1. Структурные повреждения материалов ИС2. Выделение тепла3. Ионизация материала ИС

Влияние поверхностных радиационных эффектов на работу ИС

1. Сдвиг порогового напряжения под воздействием накопленного заряда в подзатворном диэлектрике

2. Уменьшение подвижности носителей из-за рассеивания свободных носителей в приповерхностной области полупроводника

3. Возникновение утечек вдоль диэлектрической боковой изоляции

Пути возникновения радиационно-индуцированных токов утечек

Решение задачи представления радиационно-индуцированных токов

• Для определения необходимых схемотехнических элементов паразитных структур необходимо представить радиационно-индуцированные токи утечки в виде паразитных транзисторов:

1. Утечка стоком и истоком n-канального транзистора (1) реализуется с помощью паразитных транзисторов Т5, Т6, Т7

2. Утечка стоками и истоками соседних n-канальных транзисторов (2) реализуется с помощью паразитных транзисторов Т8, T9

3. Утечка между истоком n-канального транзистора и n-карманом p-канального транзистора реализуется с помощью паразитного транзисторов Т10

Электрическая схема топологической структуры с учётом паразитных транзисторов

Тестовые структуры ТС1 и ТС2

ТС1ТС2Кольцевые тестовые структуры для оценки тока утечки в донной области STI между областями стока и

истока соседних транзисторов в области без (ТС1) и с вышележащим поликремнием (ТС2)

Тестовые структуры ТС3 и ТС4

ТС3 ТС4Тестовые структуры для оценки тока утечки между близкорасположенными n- и p- транзисторами без

(ТС4) и с вышележащим поликремнием (ТС3)

Тестовая структура ТС5

Тестовая структура TC5 для оценки тока внутритранзисторной утечки

ЗаключениеДля подтверждения и возможности коррекции схемотехнических моделей паразитных

элементов был разработан минимальный необходимый и достаточный набор полупроводниковых структур для измерений. К основным достоинствам предложенной методики формирования набора структур можно отнести:1. Возможность учёта токов внутритранзисторной и межтранзисторной утечки, а также утечки

между стоком и n-карманом p-канального транзистора. Это необходимо для проверки работоспособности теоретической SPICE модели, учитывающей данные токи.

2. Предложенная методика применима к большинству современных технологий изготовления КМОП СБИС.

В то же время присутствуют и недостатки:3. Отсутствуют структуры для исследования сдвига порогового напряжения и снижения

подвижности носителей.4. Не решена задача автоматической экстракции данных паразитных элементов из топологии ИС.