Моделирование и проектирование элементов КМОП интегральных микросхем технологии "кремний-на-изоляторе" с повышенной стойкостью к дозовым эффектам

• Автор: Горбунов, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.05, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МНОГОУРОВНЕВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОЗОВЫХ ЭФФЕКТОВ В ПРИБОРАХ КНИ КМОП ТЕХНОЛОГИИ

1.1. Постановка задачи

1.2. Технология «кремнии на изоляторе» (КНИ)

1.2.1. Изготовление пластин КНИ

1.2.2. Особенности технологии 0,5 мкм КНИ КМОП технологической линии НИИСИ РАН

1.2.3. Основные топологические варианты реализации КНИ транзисторов

1.3. Изоляция элементов субмнкронных ИМС

1.3.1. Диэлектрическая изоляция тина LOCOS
1.3.2. STI (Shallow Trench Isolation, диэлектрическая изоляция мелкими канавками)
1.4. Дозовыс эффекты
1.4.1. Деградация подвижности и подпорогового размаха характеристики
1.4.2. Сдвиг порогового напряжения
1.4.3. Радиационно-индуцированные токи утечки
1.4.4. Влияние электрического поля в оксидах и геометрии канала на образование токов утечки40
1.5. Разделение боковой и донной составляющей токов утечки
1.5.1. Разработка тестовых структур и определение режимов измерения
1.5.2. Анализ ВАХ
1.6. Физическое моделирование раднацнонно-нндуцнрованных токов утечки
1.7. Получение параметров для SPICE моделирования токов утечкн
1.8. Схемотехническое моделирование радиационно-индуцнрованных токов утечки на основе подсхем
1.9. Выводы
ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНО-ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИМС, ПРИМЕНЯЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

2.1. Постановка задачи

2.2. Обзор методов борьбы с раднационно-шщуцнрованными токами утечки
2.2.1. Технологические .методы борьбы с токами утечки. Влияние разброса параметров техпроцесса
2.2.2. Топологические методы, используемые в объёмной КМОП технологии
2.3. Особенности транзисторов с контактом к телу Л- и Н-типа
2.4. Математическая модель для получения 8Р1СЕ-нарамсгров транзис торов Л- и Н-типов
2.4.1. Коррекция эффективной ширины канала Н-транзистора
2.4.2. Коррекция эффективной ширины канала А-транзистора
2.4.3. Получение 8Р1СЕ-парамефОв, определяющих статические ВАХ А- и Н-транзисторов
2.4.4. Получение ЭРЮЕ-параметров, определяющих динамические характеристики А- и Н-транзисторов
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
ЭЛЕМЕНТОВ КНИ КМОП ИМС К ДОЗОВЫМ ЭФФЕКТАМ
3.1. Постановка задачи
3.2. Методика измерения порогового напряжения и крутизны
3.3. Испытания тестовых структур на дозовое воздействие
3.4. Результаты испытаний транзисторов
3.4.1. Кольцевые транзисторы
3.4.2. Транзисторы с плавающим телом (Р-типа)
3.4.3. Транзисторы А-типа
3.4.4. Транзисторы Н-типа
3.5. Обсуждение результатов испытаний
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОЗОВЫХ ЭФФЕКТОВ В КНИ КМОП ИМС
4.1. Постановка задачи
4.2. Концепция многоуровневого моделирования
4.3. Метод схемотехнического .моделирования дозовых эффектов

4.4. Результаты моделирования
4.4.1. ОС анализ: разброс значений порогового напряжения
4.4.2. ОС анализ: источник опорного напряжения типа Вагар
4.4.3. Анализ во временной области: кольцевые генераторы
4.4.4. АС анализ: операционный усилитель
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Изменения поднорогового размаха и крутизны используются для вычисления плотности поверхностных состояний.
1.4.2. Сдвиг порогового напряжения
Значение порогового напряжения после облучения определяется влиянием заряда в оксиде и поверхностных состояний:
где AVot - сдвиг порогового напряжения, обусловленный накоплением заряда в оксиде QBt, A Vn - сдвиг порогового напряжения из-за заряда поверхностных состояний Qu.
Под действием ионизирующего излучения (ИИ) в оксидах происходит накопление положительного заряда. В современных приборах толщина лодза-творного оксида составляет менее 10 нм и значительный заряд скапливается в толстых изолирующих оксидах.
В современных КМОП (в т.ч. в КНИ) технологиях при дозах порядка 1 Мрд (Si02) накопление поверхностных состояний незначительно, поэтому в большинстве случаев вторым слагаемым в формуле (1.1.2) можно пренебречь. При больших дозах АК„ оказывается сравнимым с AVot и начинается эффект восстановления (“rebound”).
Сдвиг порогового напряжения, обусловленный накоплением заряда в оксиде, рассчитывается следующим образом:
где еох - диэлектрическая проницаемость подзатворного оксида, dox - толщина подзатворного оксида.
С учетом этого эффекта нейтрализации заряда при облучении (R1CN, Radiation Induced Charge Neutralization) [25J для плотности заряда в оксиде No< = Qo,tcl получим [13]:
AVт = AVol + AF„
(1.1.4)
A rT()2j
£0 £ох
(1.1.5)