積體電路中高能單粒子徑跡的電子學特性研究

《積體電路中高能單粒子徑跡的電子學特性研究》是依託四川大學，由龔敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：積體電路中高能單粒子徑跡的電子學特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：龔敏
• 依託單位：四川大學

項目摘要

抗高能單粒子輻射效應是積體電路在空間套用必須解決的問題。過去人們主要關心由電離輻射引起的單粒子翻轉效應，並已經發展了有效的抗輻射加固技術。許多研究已經表明，高能粒子能夠在半導體、介質和金屬材料中產生直徑為幾~幾十納米、貫穿深度很大（幾十微米）的納米管狀徑跡。如果一條高能單粒子徑跡線形成溝道跨過器件的某一界面勢壘層，器件的性能就有可能被改變而失效。本項目以深亞微米積體電路的MOS單元結構為基本對象，提出開展對高能單粒子徑跡溝道效應機理、電學特性、器件敏感區等問題的實驗研究，和高能單粒子徑跡在器件中的等效模型研究。為滿足新一代深亞微米積體電路在空間套用中面臨的更高的可靠性要求，開發相應的抗高能單粒子徑跡溝道效應技術打下基礎。

結題摘要

本項目以深亞微米積體電路的MOS單元結構為基本對象，開展了用於研究高能粒子徑跡電學特性測試樣品的設計、最佳化工作。使用Geant4和Silvaco模擬軟體構建了65nm n溝MOSFET器件的模型，並模擬了高能單粒子輻照後，器件中徑跡溝道形成的機理，由潛徑跡引起的電學特性的變化以及器件的敏感區域，構建了高能單粒子徑跡在器件中的等效模型。使用Sn離子和Kr離子對0.5μm和65nm工藝多晶圓項目流片的樣品進行了不同輻照劑量（從1×10^9 ions/cm2—1×10^12 ions/cm2）的重離子輻照實驗。並對輻照前後的樣品進行了橫截面和表面形貌表征，以及電學參數的測量。 本工作對C、Ar、Fe、Kr、Sn、Au、Bi等離子輻照進行了模擬。結果表明，雖然離子的種類、入射初始能量和樣品的材料及厚度都會影響離子的能量沉積，但都能在SiO2中產生潛徑跡。通過AFM和TEM觀察發現，對於輻照後Si/SiO2樣品，蝕刻後的SiO2表面出現直徑和深度均為幾到幾十納米的錐形坑，而沒有輻照的樣品，表面只存在均勻分布的尖峰狀組織。同時還發現輻照在SiO2/Si結構的Si表面，造成小丘狀隆起。上述輻照損傷，都可能影響界面特性。實驗發現，重離子輻照後的深亞微米器件，在輸出特性，跨導，柵上漏電流，以及關態漏電流等電學特性上以及長期可靠性上都有一定程度的退化，而這些輻照效應，與傳統的總劑量和單粒子效應不同。本研究表明，高能單粒子輻照，將在SiO2層中產生徑跡，這些徑跡將可能導致65nm或更小的MOSFET器件發生不可逆的失效。