CN110096765A - 一种FinFET器件的单粒子效应评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种FinFET器件的单粒子效应评估方法，在FinFET器件被粒子入射前，提升器件的温度，温度变化量与自热效应引起的温度变化量相同，然后再进行粒子入射和单粒子效应表征参数的提取。本发明考虑了FinFET的自热效应对FinFET器件单粒子效应的影响，修正了以往评估方法由未考虑自热效应所带来的偏差，为FinFET器件单粒子效应的评估提供了更加准确的手段。

Description

一种FinFET器件的单粒子效应评估方法

技术领域

本发明涉及一种鳍式场效应晶体管(FinFET)单粒子效应评估方法，属于半导体器件抗辐射加固领域。

背景技术

随着航天技术的发展，越来越多的电子元器件使用在航天器上。但是，太空环境中存在着各种高能粒子和射线，这些高能粒子和射线在入射电子元器件后，会产生单粒子效应，如单粒子翻转(Single Event Upset)或单粒子瞬态(Single Event Transient)等，从而造成电子元器件的逻辑状态和存储数据的改变甚至失效，严重影响航天器的安全和寿命。

另一方面，器件的特征尺寸随着集成电路技术的发展不断缩小，已至纳米尺度。传统的平面体硅器件在进入纳米尺度后出现了短沟道效应、迁移率退化等问题，而FinFET器件由于拥有较强的栅控能力以及较高的性能，可以有效抑制短沟道效应等问题，已成为主流商用器件。根据衬底的不同，FinFET器件可以分为体硅(Bulk Si)FinFET和绝缘层上硅(SOI)FinFET。

航天器中的电子系统对于先进纳米级器件的需求越来越大，因此对于FinFET结构器件的单粒子效应评估十分重要。此外，FinFET结构相比于传统平面体硅结构不容易散热，且随着集成密度的增加电路的功率密度也在不断增大，热量的积累造成FinFET器件温度上升，从而产生自热效应。温度的上升一方面使得器件的性能退化，另一方面对于工作在航天器内的器件，也会对其单粒子效应产生影响。以往的FinFET器件单粒子效应评估都是在室温下进行，没有考虑自热效应引起的器件的温度变化，使得单粒子效应评估结果不准确。因此，有必要提出一种新的评估方法来对FinFET器件的抗单粒子效应性能进行评估。

发明内容

本发明提供一种新的FinFET器件单粒子效应的评估方法，可以解决以往评估方法由于未考虑自热效应带来的偏差，更加准确地评估FinFET器件的单粒子效应。本发明提出的方法如下：

一种评估FinFET器件单粒子效应的方法，其主要特征是，提升FinFET器件的温度，温度变化量等于其发生自热效应时的温度变化量。具体步骤包括：

第一步，测试并获取FinFET器件由自热效应带来的温度变化量ΔTSHE。

第二步，进行FinFET器件的粒子入射。具体的，先提高器件的温度至T_room+ΔT_SHE，其中T_room为室温，并持续保持这一温度，然后选择具有某一线性能量传输值(LinearEnergy Transfer)的粒子入射器件。

第三步，提取所需的单粒子效应表征参数。粒子穿过器件时，会沉积能量并产生大量电子空穴对，此时处于关态的器件漏端由于存在电场，会收集粒子产生的电荷，同时在漏极产生瞬态电流。对于FinFET器件来说，需要提取的参数包括漏端收集电荷量、瞬态电流幅度以及瞬态电流脉宽(通常为半高宽)。

上述FinFET单粒子效应评估方法中，所述FinFET器件包括体硅FinFET器件和SOIFinFET器件，器件的沟道材料可以为Si、Ge、SiGe、III-V族半导体材料或其异质结构，器件结构可以为三栅、Ω栅、Π栅、围栅等。

上述FinFET单粒子效应评估方法，第一步中，测试FinFET器件ΔT_SHE的方法为常规方法，可以是通过仿真软件模拟出FinFET器件因自热效应带来的温度变化量，如通过SPICE仿真内置的BSIM自热模型提取FinFET器件在某种具体工作条件下由自热效应带来的温度变化量ΔT_SHE，或通过实验的方法测试出FinFET器件的自热升温量ΔT_SHE。

上述FinFET单粒子效应评估方法，第二步中，被粒子入射的FinFET器件与第一步中测量自热效应温度变化量所用的器件需要版图和制备工艺相同。

本发明的优点是考虑了FinFET的自热效应对FinFET器件单粒子效应的影响，修正了以往评估方法由未考虑自热效应所带来的偏差。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种FinFET单粒子效应评估方法，该方法改变器件的温度，温度变化量与器件自热效应引起的温度变化量相同，然后再进行粒子入射和参数提取。下面结合附图对本发明提出的方法进行清楚、完整的描述。

图1所示为本发明提供的FinFET器件单粒子效应评估方法的流程示意图。本例中提取FinFET器件自热效应温度变化量的方法为用SPICE内置模型进行仿真，具体包括以下步骤：

步骤1.通过SPICE仿真内置BSIM自热模型进行仿真并提取FinFET器件在某种工作条件下由自热效应带来的温度变化量ΔT_SHE，其中C_th和R_th分别为器件热容和热阻，P_th为器件工作时的热功率，t代表时间；

步骤2.先测得环境室温T_room，然后升高待评估FinFET器件的温度，温度变化量与步骤1获取的ΔT_SHE相同，使FinFET器件的温度稳定在T_room+ΔT_SHE；

步骤3.选择具有某一线性能量传输值LET₁的粒子，并入射处于关态的器件；

步骤4.对于FinFET器件单粒子效应评估，提取器件的漏端收集电荷量、瞬态电流幅度以及瞬态电流脉宽，其中漏端收集电荷量可用积分电流法获取，其余参数可用直接测量法；

步骤5.改变粒子的线性能量传输值为LET₂、LET₃、LET₄…，并重复步骤3和步骤4，最终得到FinFET器件的单粒子效应表征参数与入射粒子线性能量传输值之间的关系。这样，可以通过分析单粒子效应表征参数与线性能量传输值之间的关系，来对FinFET器件抗单粒子性能进行评估。

本发明方法在FinFET器件被粒子入射前，提升器件的温度，温度变化量与自热效应引起的温度变化量相同，考虑了FinFET的自热效应对FinFET器件单粒子效应的影响，修正了以往评估方法由未考虑自热效应所带来的偏差，为FinFET器件单粒子效应的评估提供了更加准确的手段。

以上描述的实施例子并非用于限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种的更动和润饰，本发明的保护范围以权力要求范围所界定。

Claims (8)

1.一种FinFET器件单粒子效应的评估方法，包括以下步骤：

1)测试并获取FinFET器件由自热效应带来的温度变化量ΔT_SHE；

2)提高FinFET器件的温度至T_room+ΔT_SHE，并持续保持这一温度，进行FinFET器件的粒子入射实验，其中T_room为室温；

3)提取所需的单粒子效应表征参数。

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述步骤1)通过仿真软件模拟出FinFET器件在某种具体工作条件下因自热效应带来的温度变化量ΔT_SHE，或者，通过实验的方法测试出FinFET器件因自热效应带来的温度变化量ΔT_SHE。

3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤2)选择具有某一线性能量传输值的粒子进行粒子入射实验。

4.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，在步骤3)提取的参数包括漏端收集电荷量、瞬态电流幅度以及瞬态电流脉宽。

5.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤1)通过SPICE仿真内置的BSIM自热模型提取FinFET器件在某种具体工作条件下由自热效应带来的温度变化量ΔT_SHE。

6.如权利要求5所述的评估方法，其特征在于，所述评估方法具体是：

a)通过SPICE仿真内置BSIM自热模型进行仿真并提取FinFET器件在某种工作条件下由自热效应带来的温度变化量ΔT_SHE，其中C_th和R_th分别为FinFET器件的热容和热阻，P_th为FinFET器件工作时的热功率，t代表时间；

b)先测得环境室温T_room，然后升高待评估FinFET器件的温度，温度变化量与步骤a)获取的ΔT_SHE相同，使FinFET器件的温度稳定在T_room+ΔT_SHE；

c)选择具有某一线性能量传输值LET₁的粒子，并入射处于关态的FinFET器件；

d)提取FinFET器件的漏端收集电荷量、瞬态电流幅度以及瞬态电流脉宽；

e)改变粒子的线性能量传输值为LET₂、LET₃、LET₄...，并重复步骤c)和步骤d)，最终得到FinFET器件的单粒子效应表征参数与入射粒子线性能量传输值之间的关系。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中被粒子入射的FinFET器件与步骤1)中测试的FinFET器件的版图和制备工艺完全相同。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FinFET器件是体硅FinFET器件或SOIFinFET器件，器件的沟道材料为Si、Ge、SiGe、III-V族半导体材料或其异质结构，器件结构为三栅、Ω栅、∏栅或围栅。