摘要: 随着半导体工艺的发展，三维结构的FinFET器件出现了并发展成为半导体制造厂商的主流工艺而广泛应用在集成电路中。然而尺寸缩减引起的节点电容和临界电荷的减小使得基于FinFET的存储单元极易受到单粒子效应的影响发生逻辑状态翻转等软错误。因此，基... 展开 随着半导体工艺的发展，三维结构的FinFET器件出现了并发展成为半导体制造厂商的主流工艺而广泛应用在集成电路中。然而尺寸缩减引起的节点电容和临界电荷的减小使得基于FinFET的存储单元极易受到单粒子效应的影响发生逻辑状态翻转等软错误。因此，基于FinFET器件的单粒子效应及相关加固技术研究就显得非常迫切和重要。本文利用Sentaurus TCAD和Hspice分别进行了FinFET器件的单粒子瞬态特性研究和FinFET SRAM的单粒子翻转特性研究，并对单粒子效应中的双极放大电荷收集机理进行了深入讨论。 本研究主要内容包括：⑴通过对比SOI/Bulk不同工艺的FinFET器件中的单粒子瞬态脉冲电流发现， Bulk FinFET中由于扩散和漏斗效应等电荷收集机制的存在，其内感生电流峰值和脉宽更大，并且进一步的分析可知，漏斗效应引起的电荷收集效率较低，从而间接证实了Bulk FinFET器件中对电荷收集起主导作用的是漏-体耗尽区漂移和双极放大机制。基于不同漏极掺杂影响下的瞬态电流的仿真分析可知，随着掺杂浓度的增大，瞬态电流会由于漏极耗尽区的窄化而呈现变小的趋势。另外，通过观察FinFET器件在不同重离子入射 LET值和漏极偏置电压下引起的瞬态特性参数的变化时发现，峰值电流和漏极收集电荷随 LET的增加线性增长，而瞬态特性参数则对偏置电压表现的非常敏感，偏压超过0.75V后，峰值电流和收集电荷增长速度变慢并逐渐趋于饱和。⑵通过对采用SOI/Bulk不同工艺的FinFET SRAM电路的单粒子翻转特性的比较发现，瞬态脉冲电流在加入到Bulk FinFET SRAM的敏感节点后对其电压造成的扰动明显要比SOI FinFET SRAM中对应节点的电压扰动剧烈，从而证明SOI FinFET SRAM具有更强的抗单粒子翻转效应能力。进一步的仿真分析知，引起SOI FinFET SRAM存储节点发生翻转的临界LET阈值(LETth)在2.8 MeV?cm2/mg左右，临界电荷(Qcrit)约为0.6fC。⑶通过对单粒子效应中的双极放大作用及其电荷收集机理的深入研究发现，重离子入射最敏感的区域位于FinFET器件漏极耗尽区，相比于重离子入射其他位置，此处入射时双极放大效应的作用最强，其引发的电荷收集量对总的电荷收集量的贡献最大。仿真不同源极掺杂对双极放大效应的影响知，降低源极掺杂可减弱双极放大作用，从而减小漏极电荷收集量和瞬态电流，同时电流脉宽也会变窄。栅长对双极放大效应非常敏感，当栅长从45nm减小到16nm时，双极放大增益β从1.3急剧增加到2.26，即双极放大电荷收集量对总电荷收集量的贡献从23.1%提升到55.8%。Fin高或者Fin宽的减小都可窄化双极放大电荷输运通道，使得漏极收集到的电荷量和形成的瞬态电流变小，从而提高FinFET器件的抗单粒子瞬态特性能力和FinFET SRAM的抗单粒子翻转效应能力。 收起