[發明專利]基于單粒子效應的仿真方法和仿真裝置

在審

• 申請號: 201410764328.0
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104573187A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 耿超;姚文嬌;李洛宇;李孝遠;羅春華;劉天奇
• 申請（專利權）人: 深圳市國微電子有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，尤其涉及一種基于單粒子效應的仿真方法和仿真裝置。

背景技術

空間輻射環境下粒子引起的單粒子效應是造成在軌航天器電子學系統異常和故障的主要誘因之一。隨著航天航空工業的高速發展和集成電路的技術提升，特征尺寸處于微納級的半導體器件正在廣泛地應用于航天器和衛星的電子信息控制系統中，已成為了航天航空電子系統的關鍵模塊。因此，商用或宇航集成電路和器件的單粒子效應是目前國家航天等重大項目迫切需要解決的問題，是制約我國航天事業及抗輻射加固技術的關鍵問題。

隨著微電子器件尺寸的持續減小，全耗盡器件如平面型SOI或Fin-FET成為業界認可的可持續摩爾定律的器件結構。器件的靈敏硅層厚度變得越來越薄，甚至幾個納米，僅包含幾十個硅原子層；由于厚度減薄而帶來統計性變差，超薄靈敏硅層中的能量損失離散現象將更加嚴重。這將對單粒子效應的評估帶來誤差，粒子入射引起的能量沉積特性對納米器件的影響更加顯著。

集成度的提高隨之帶來的微納級的半導體器件的主要問題就是：多位翻轉率的增加；2009年ITRS報告中指出隨著器件工藝尺寸的不斷減小，其對應的多位翻轉對軟錯誤的貢獻越大，預計到25nm工藝下集成電路的軟錯誤率將全部來源于多位翻轉，而粒子入射后其產生的離子徑向徑跡特性是影響到多位翻轉產生的基本機理。所以，不同的徑跡半徑會對器件的多位翻轉發生率造成影響。當靈敏區尺寸與徑跡大小可比擬時，單個離子徑跡可能覆蓋多個靈敏區，或較小的靈敏區僅能收集部分徑跡電荷。因此，研究和開發適用于單粒子效應試驗和理論仿真研究的離子徑跡徑向(δ)分布形貌特性技術方法越發的顯現地具有必要性。

隨著特征尺寸的減小與新技術的應用，集成電路的工作頻率越來越高，電路響應與動態電荷收集在時間上的數量級差異對單粒子效應中電荷收集和脈沖特性有著重要的影響，且粒子輸運時間和入射瞬態特性與器、粒子特性相關聯，這將大大地增加了粒子特性或是器件特性與單粒子效應敏感性的復雜性。

自從Berger等在試驗上發現傾角下引起的單粒子翻轉效應出現了截面值下降的現象，并推測有可能是由邊緣效應而導致的，單粒子效應中的邊緣效應得到了較大的關注，特別是基于Rectangle?Parallel-Piped模型下的器件模擬。

因此，目前集成電路和器件中的單粒子效應隨著工藝縮減、新材料和新結構的引入，使得單粒子效應試驗和理論仿真研究中出現了諸多的新問題，尤其表現在粒子特性、器件特性以及微觀機理上。這就要求器件輻射效應的研究，不能夠僅局限在加速器試驗和單粒子效應理論仿真(翻轉截面)上，需要提出基于微觀理論的單粒子效應試驗和理論仿真的適用性技術方法。所以，為避免由于輻射源的緊缺而出現的反復驗證及后續產品的滯后應用，以及單粒子效應試驗和理論仿真研究的欠準確性和有效性，開發和研究適用性的技術方法具有一定迫切性和必要性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于單粒子效應的仿真方法和仿真裝置，至少從粒子的入射角度與粒子在半導體器件的能量沉積特性的關系對單粒子效應進行理論仿真。

第一方面，本發明提供一種基于單粒子效應的仿真方法，所述基于單粒子效應的仿真方法包括：

向半導體器件發射粒子，并確定所述粒子在所述半導體器件的入射角度；

所述粒子入射所述半導體器件之后，采集與所述粒子在所述半導體器件中能量沉積相關的能量沉積數據；

基于所述能量沉積數據和所述入射角度，建立入射角度-能量沉積的關系曲線，基于所述入射角度-能量沉積的關系曲線分析單粒子效應。

第二方面，本發明提供一種基于單粒子效應的仿真裝置，所述基于單粒子效應的仿真裝置包括入射單元、采集單元和曲線建立單元；

所述入射單元用于：向半導體器件發射粒子，確定所述粒子在所述半導體器件的入射角度；

所述采集單元用于：所述粒子入射所述半導體器件之后，采集與所述粒子在所述半導體器件中能量沉積相關的能量沉積數據；

所述曲線建立單元用于：基于所述能量沉積數據和所述入射角度，建立入射角度-能量沉積的關系曲線，基于所述入射角度-能量沉積的關系曲線分析單粒子效應。

本發明的有益效果：為研究單粒子效應，在仿真實驗中向半導體器件發射粒子，并記錄所述粒子在所述半導體器件的入射角度；所述粒子入射所述半導體器件之后，采集與所述粒子在所述半導體器件中能量沉積相關的能量沉積數據，并基于所述能量沉積數據和所述入射角度生成所述入射角度-能量沉積的關系曲線，通過該所述入射角度-能量沉積的關系曲線分析單粒子效應。

附圖說明