KR102009458B1 - Method for measuring total ionizing dose effect of ranmdom access memory using fully depleted silicon on insulator process - Google Patents
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Abstract
Description
완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 이용한 메모리 장치의 안정도에 대한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법에 관한 것이다.A method of measuring the total ionization dose effect on the stability of a memory device using a fully depleted silicon on insulator process.
외부에서 조사되는 방사선은 전자 부품에 여러 문제점을 발생시킬 수 있다. 특히 반도체나 이를 이용하는 집적 회로는, 방사선의 영향에 취약하여, 이들 방사선에 노출되는 경우 그 성능이 점차로 저하되게 된다.Radiation from the outside can cause various problems in electronic components. In particular, semiconductors and integrated circuits using the same are vulnerable to the effects of radiation, and their performance gradually decreases when exposed to these radiations.
이와 같은 방사선에 기인한 반도체 또는 집적회로의 성능 저하는 총 이온화 선량(TID, Total Ionizing Dose) 효과나 단일 사건 효과(SEE, Single Event Effect)를 통해 설명될 수 있다. 총 이온화 선량 효과는, 방사선이 인가되면 방사선이 인가된 반도체 내의 산화물 상에 홀(hole)이 생성되고, 이에 기인하여 반도체 내의 문턱 전압이 변경되어 누설 전류가 발생되어 반도체의 훼손, 파괴 또는 변경을 유발하는 것을 의미한다. 총 이온화 선량 효과에 따라 방사선이 인가되는 환경에서 트랜지스터 등의 부품은 그 안정성 및 신뢰성이 위협받게 된다. 단일 사건 효과는, 방사선이 인가되면, 인가된 방사선이 반도체 내에 전자 전공 쌍을 생성시켜 반도체 내에 의도하지 않은 펄스 전류가 유도하는 것을 의미한다. 이에 따라서 반도체의 훼손, 파괴 및 데이터의 변경 등이 발생될 수도 있다.The degradation of the semiconductor or integrated circuit due to such radiation may be explained through a total ionizing dose (TID) effect or a single event effect (SEE). The total ionization dose effect is that when radiation is applied, a hole is formed on the oxide in the semiconductor to which radiation is applied, and as a result, a threshold voltage in the semiconductor is changed to generate a leakage current, thereby causing damage, destruction or alteration of the semiconductor. It means to induce. According to the total ionizing dose effect, components such as transistors are threatened with stability and reliability in an environment where radiation is applied. The single event effect means that when radiation is applied, the applied radiation creates an electron major pair in the semiconductor, leading to an unintended pulse current in the semiconductor. Accordingly, the semiconductor may be damaged, destroyed, or changed in data.
이와 같은 반도체 등에 대한 방사선의 영향 때문에, 최근에는 반도체 등의 내방사선 능력의 향상에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히 최근 공정의 미세화 등에 따라서 소량의 방사선에도 반도체 등은 더욱 큰 영향을 받게 되었으며, 이는 반도체 또는 이를 이용한 메모리 장치 등의 내방사선 성능 향상의 필요성을 더욱 가중시키고 있다.Due to the influence of radiation on such semiconductors, there is an increasing demand for improving the radiation resistance capability of semiconductors and the like in recent years. In particular, semiconductors and the like have been more affected by a small amount of radiation due to the recent miniaturization of the process, which further increases the need for improving radiation resistance performance of semiconductors or memory devices using the same.
반도체, 집적 회로 또는 각종 장치의 효율적인 설계 및 제작을 위해, 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 이용한 메모리 장치에 대한 총 이온화 선량에 따른 영향력의 측정을 가능하게 하는 총 이온화 선량 효과의 측정 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.For the efficient design and fabrication of semiconductors, integrated circuits, or other devices, a method for measuring the total ionization dose effect that enables the measurement of the effect of total ionization dose on a memory device using a fully depleted silicon on insulator process. Let's solve the problem.
상술한 과제를 해결하기 위하여 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 이용한 메모리 장치의 안정도에 대한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법이 제공된다.In order to solve the above problems, a method of measuring the total ionization dose effect on the stability of a memory device using a fully depleted silicon on insulator process is provided.
총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 방사선을 셀 또는 상기 셀을 포함하는 반도체 저장 장치에 조사하되, 상기 셀은 적어도 둘 이상이 전기적으로 연결된 여섯 개의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 단계와, 상기 방사선의 조사에 따라 상기 여섯 개의 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하되, 상기 실패는 홀드 동작에서의 실패, 읽기 동작에서의 실패 및 쓰기 동작에서의 실패 중 적어도 하나를 포함하는 단계를 포함할 수 있다.A method of measuring the total ionization dose effect includes irradiating radiation to a cell or a semiconductor storage device including the cell, wherein the cell comprises six field effect transistors at least two of which are electrically connected; And counting a failure occurring in at least one of the six field effect transistors, wherein the failure includes at least one of a failure in a hold operation, a failure in a read operation, and a failure in a write operation. have.
상기 여섯 개의 전계 효과 트랜지스터는, 오프 상태로 설정 가능한 p 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제1 전계 효과 트랜지스터, 온 상태로 설정 가능한 p 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제2 전계 효과 트랜지스터, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터에 대응되고 온 상태로 설정 가능한 n 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제3 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터에 대응되고 오프 상태로 설정 가능한 n 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제4 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수 있다.The six field effect transistors include a first field effect transistor including a p field effect transistor that can be turned off, a second field effect transistor that includes a p field effect transistor that can be turned on, and the first field effect transistor. A third field effect transistor including an n field effect transistor corresponding to the second field effect transistor and a fourth field effect transistor corresponding to the second field effect transistor and set to an off state. Can be.
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제4 전계 효과 트랜지스터는 오프 상태로 설정되고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제3 전계 효과 트랜지스터는 온 상태로 설정된 것일 수 있다.The first field effect transistor and the fourth field effect transistor may be set to an off state, and the second field effect transistor and the third field effect transistor may be set to an on state.
상기 방사선의 조사에 따라 상기 여섯 개의 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하는 단계는, 스트레스 패턴 하에서 상기 방사선의 조사에 따라 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하는 단계 및 상기 스트레스 패턴에 대한 반대 패턴 하에서 상기 방사선의 조사에 따라 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Counting the failure generated in at least one of the six field effect transistors in accordance with the irradiation of the radiation, at least one of the first to fourth field effect transistors in accordance with the irradiation of the radiation under a stress pattern At least one of counting a failure occurring and counting a failure occurring in at least one of the first field effect transistor or the fourth field effect transistor in response to the irradiation of the radiation under a pattern opposite to the stress pattern. can do.
총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에 대해서 T-캐드 시뮬레이션을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of measuring the total ionization dose effect may further include performing a T-cad simulation on at least one of the first to fourth field effect transistors.
총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 상기 T-캐드 시뮬레이션에 따라, 온 상태의 상기 제1 전계 효과 트랜지스터와, 온 상태의 상기 제3 전계 효과 트랜지스터 각각의 매립 산화물 내에 형성된 전기장 방향은 서로 반대인 결과를 획득하거나, 또는 온 상태의 상기 제2 전계 효과 트랜지스터와, 온 상태의 상기 제4 전계 효과 트랜지스터 각각의 매립 산화물 내에 형성된 전기장 방향은 서로 반대인 결과를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for measuring the total ionization dose effect is based on the T-cad simulation, whereby the electric field directions formed in the buried oxide of each of the first field effect transistor in the on state and the third field effect transistor in the on state are opposite to each other. The method may further include obtaining a result in which the second field effect transistor in an on state and the electric field direction formed in the buried oxide of each of the fourth field effect transistor in the on state are opposite to each other.
총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나를 온 상태 및 오프 상태 중 적어도 하나의 상태로 설정하는 단계 및 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에 대해 채널의 중간에서 수직 방향으로 절단한 일 면에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for measuring the total ionization dose effect may include setting at least one of the first field effect transistor to the fourth field effect transistor to at least one of an on state and an off state, and the first field effect transistor to the fourth electric field. The method may further include obtaining an energy band diagram of one surface cut in the vertical direction in the middle of the channel with respect to at least one of the effect transistors.
총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 또는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 의한 영향은, 상기 제3 전계 효과 트랜지스터 또는 제4 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 대한 영향보다 더 큰 결과를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method for measuring the total ionization dose effect, the effect of the total ionization dose for the first field effect transistor or the second field effect transistor is based on the total ionization dose for the third field effect transistor or the fourth field effect transistor. The method may further include obtaining a result larger than the influence on the result.
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 또는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 의한 영향은, 상기 제3 전계 효과 트랜지스터 또는 제4 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 대한 영향보다 더 큰 결과를 획득하는 단계는, 총 이온화 선량의 영향에 따라서 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 또는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 읽기 동작, 홀드 동작 및 쓰기 동작의 안정성이 저하되는 결과를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The effect of the total ionization dose on the first field effect transistor or the second field effect transistor is greater than the effect on the total ionization dose on the third field effect transistor or the fourth field effect transistor. The step may include obtaining a result that the stability of the read operation, the hold operation, and the write operation of the first field effect transistor or the second field effect transistor decreases according to the influence of the total ionization dose.
총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 방사선 조사 경우 및 방사선 비조사 경우 각각에 대하여 전압 전달 곡선에 대해 혼합 모드 시뮬레이션을 수행하는 단계를 더 포함하는 것도 가능하다.The method of measuring the total ionizing dose effect may further comprise performing a mixed mode simulation on the voltage transfer curve for each of the irradiated and non-irradiated cases.
총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 상기 셀이 고정 산화물 밀도 전압을 갖는 경우에 대해서, 1 및 0의 쓰기에 대한 과도 출력 곡선을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of measuring the total ionization dose effect may further comprise obtaining a transient output curve for writing 1 and 0, for the case where the cell has a fixed oxide density voltage.
상기 전계 효과 트랜지스터는, 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 기반으로 제작된 것일 수 있다. 반도체 기억 장치는, 오프 상태로 설정 가능한 p 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제1 전계 효과 트랜지스터, 온 상태로 설정 가능한 p 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제2 전계 효과 트랜지스터, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터에 대응되고 온 상태로 설정 가능한 n 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제3 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터에 대응되고 오프 상태로 설정 가능한 n 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제4 전계 효과 트랜지스터를 포함하되, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제2 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나는, 홀드, 읽기 및 쓰기 동작이 총 이온화 선량에 의해 영향을 받는 것일 수 있다.The field effect transistor may be manufactured based on a fully depleted silicon on insulator process. The semiconductor memory device corresponds to a first field effect transistor including a p field effect transistor that can be turned off, a second field effect transistor that includes a p field effect transistor that can be turned on, and the first field effect transistor. A third field effect transistor comprising an n field effect transistor set in an on state and a fourth field effect transistor comprising an n field effect transistor corresponding to the second field effect transistor and in an off state, the fourth field effect transistor comprising: At least one of the first field effect transistor and the second field effect transistor may be one in which hold, read, and write operations are affected by the total ionization dose.
상술한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법에 의하면, 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 이용한 메모리 장치에 대한 총 이온화 선량 효과를 측정할 수 있게 되고, 이에 따라 우수한 내방사선 성능을 갖는 반도체, 집적 회로 또는 각종 장치의 효율적인 설계 및 제작이 가능해진다.According to the measurement method of the total ionization dose effect described above, it is possible to measure the total ionization dose effect on the memory device using the fully depleted silicon-on-insulator process, and thus a semiconductor, integrated circuit, or various types having excellent radiation resistance performance. Efficient design and fabrication of the device becomes possible.
상술한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법에 따른 측정 결과를 이용하면, 총 이온화 선량에 따른 영향력을 최소화하면서 우수한 내방사선 성능을 갖는 반도체 메모리 장치나 전자 회로 등을 구현할 수 있게 된다.By using the measurement results according to the method for measuring the total ionization dose effect described above, it is possible to implement a semiconductor memory device or an electronic circuit having excellent radiation resistance while minimizing the influence on the total ionization dose.
상술한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법에 의한 측정 결과를 이용하면, 방사선에 강인한 반도체 등을 제작 가능하게 되고, 이에 따라 반도체 또는 집적 회로의 수명을 연장할 수 있게 되며, 이에 따라 이들을 이용하여 구현된 각종 장치(컴퓨팅 장치, 모바일 디바이스, 디스플레이 장치, 가전 기기, 공작 기계, 항공기, 우주선 및/또는 원자력 발전 장치 등)의 유지 관리 비용 절감의 경제적 효과도 얻을 수 있다.By using the result of the measurement by the method for measuring the total ionization dose effect described above, it is possible to fabricate a semiconductor, etc., which is resistant to radiation, thereby prolonging the life of the semiconductor or the integrated circuit. The economic effect of reducing the maintenance cost of various devices (computing devices, mobile devices, display devices, household appliances, machine tools, aircraft, spacecraft and / or nuclear power generation devices, etc.) can also be obtained.
도 1은 반도체 메모리 장치의 일 실시예에 대한 회로도이다.
도 2는 전계 효과 트랜지스터(FET, Field-Effect Transistor)의 일 실시예에 대한 측단면도이다.
도 3은 방사선 노출 중에 스트레스 패턴에서의 바이어스된 에스램(SRAM, Static RAM)에 대한 홀드 동작의 전체적인 비트 실패 및 스트레스 패턴과 반대되는 패턴에 대한 실험 결과를 도시한 그래프 도면이다.
도 4는 방사선 노출 중에 스트레스 패턴에서의 바이어스된 에스램에 대한 스트레스 패턴에서의 읽기 동작의 전체적인 비트 실패 및 스트레스 패턴과 반대되는 패턴에 대한 실험 결과를 도시한 그래프 도면이다.
도 5는 방사선 노출 중에 스트레스 패턴에서의 바이어스된 에스램에 대한 쓰기 동작의 전체적인 비트 실패 및 스트레스 패턴과 반대되는 패턴에 대한 실험 결과를 도시한 그래프 도면이다.
도 6은 제1 전계 효과 트랜지스터가 오프(off) 상태인 경우에서 정전기장(electrostatic field)에 대한 T-캐드(T-CAD, Technology CAD) 시뮬레이션 결과의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 제2 전계 효과 트랜지스터가 온(on) 상태인 경우에서 정전기장에 대한 T-캐드 시뮬레이션 결과의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 제3 전계 효과 트랜지스터가 온 상태인 경우에서 정전기장에 대한 T-캐드 시뮬레이션 결과의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 제4 전계 효과 트랜지스터가 오프 상태인 경우에서 정전기장에 대한 T-캐드 시뮬레이션 결과의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 방사선 조사에 의해 바이어스된 조건 하에서 온 상태 및 오프 상태 각각의 n 전계 효과 트랜지스터 및 p 전계 효과 트랜지스터에 대한 에너지 밴드 다이어그램의 일례이다.
도 11은 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터 및 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터에 대해 매립 산화물 인터페이스 주변의 전기장의 수직 성분의 일례를 도시한 그래프 도면이다.
도 12는 방사선 조사의 경우 및 방사선 비조사의 경우 사이의 전압 전달 곡선(VTC, Voltage Transfer Curve)의 혼합 모드 시뮬레이션 결과에 대한 일례를 도시한 그래프 도면이다.
도 13은 동일한 고정 산화물 밀도 전압을 갖는 셀에 있어서 1 및 0 의 쓰기에 대한 과도 출력 곡선(Transient output curve)의 일례를 도시한 그래프 도면이다.
도 14는 반도체 메모리 장치의 총 이온화 선량 효과를 측정하는 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.1 is a circuit diagram of an embodiment of a semiconductor memory device.
2 is a side cross-sectional view of one embodiment of a field-effect transistor (FET).
FIG. 3 is a graphical depiction of the experimental results for the pattern opposite to the overall bit failure and stress pattern of the hold operation for the biased SRAM (SRAM) in the stress pattern during radiation exposure.
FIG. 4 is a graphical representation showing experimental results for patterns that are opposite to the overall bit failure and stress patterns of read operations in stress patterns for stressed SRAMs in stress patterns during radiation exposure.
FIG. 5 is a graphical representation showing experimental results for patterns that are opposite to the overall bit failure and stress patterns of write operations for biased SRAMs in stress patterns during radiation exposure.
FIG. 6 illustrates an example of a T-cad (T-CAD, Technology CAD) simulation result for an electrostatic field when the first field effect transistor is in an off state.
FIG. 7 illustrates an example of a T-cad simulation result for an electrostatic field when the second field effect transistor is in an on state.
FIG. 8 illustrates an example of a T-cad simulation result for an electrostatic field when the third field effect transistor is in an on state.
FIG. 9 illustrates an example of a T-cad simulation result for an electrostatic field when the fourth field effect transistor is in an off state.
10 is an example of an energy band diagram for an n field effect transistor and a p field effect transistor, respectively, in an on state and an off state under conditions biased by irradiation.
11 is a graph showing an example of the vertical component of the electric field around the buried oxide interface for the p field effect transistor in the on state and the p field effect transistor in the off state.
FIG. 12 is a graph showing an example of a mixed mode simulation result of a voltage transfer curve (VTC) between irradiation and non-irradiation.
FIG. 13 is a graph showing an example of a transient output curve for the writing of 1 and 0 in cells with the same fixed oxide density voltage.
14 is a flowchart of one embodiment of a method of measuring the total ionization dose effect of a semiconductor memory device.
이하 명세서 전체에서 동일 참조 부호는 특별한 사정이 없는 한 동일 구성요소를 지칭한다. 이하에서 사용되는 '부'가 부가된 용어는, 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라 '부'가 하나의 부품으로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 부품들로 구현되는 것도 가능하다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification unless otherwise specified. As used herein, the term “parts” added may be implemented in software or hardware. According to an embodiment, “parts” may be implemented as one component or one “part” may be implemented as a plurality of components. It is also possible.
명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 어떤 부분과 다른 부분에 따라서 물리적 연결을 의미할 수도 있고, 또는 전기적으로 연결된 것을 의미할 수도 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분을 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분 이외의 또 다른 부분을 제외하는 것이 아니며, 설계자의 선택에 따라서 또 다른 부분을 더 포함할 수 있음을 의미한다.When a part of the specification is connected to another part, it may mean a physical connection or an electrically connected according to the part and the other part. In addition, when a part includes another part, unless otherwise stated, it does not exclude another part other than the other part, it means that it may further include another part at the designer's choice. do.
제 1 이나 제 2 등의 용어는 하나의 부분을 다른 부분으로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 특별한 기재가 없는 이상 이들이 순차적인 표현을 의미하는 것은 아니다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.The terms "first" and "second" are used to distinguish one part from another part, and unless otherwise specified, they do not mean sequential expressions. In addition, singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates an exception.
이하 도 1 내지 도 12를 참조하여 반도체 저장 장치 및 반도체 저장 장치를 포함하는 전자 회로 장치의 일 실시예에 대해서 설명한다.Hereinafter, an embodiment of an electronic circuit device including a semiconductor storage device and a semiconductor storage device will be described with reference to FIGS. 1 to 12.
도 1은 메모리 장치의일 실시예에 대한 회로도이다.1 is a circuit diagram of an embodiment of a memory device.
반도체 저장 장치(1)는, 예를 들어 6 트랜지스터 에스렘(이하 6T-에스램)을 포함할 수 있다. 6T-에스램은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 트랜지스터(10 내지 60)이 마련된 적어도 하나의 셀(2, cell)을 포함할 수 있다. The
일 실시예에 의하면, 적어도 하나의 셀(2)은, 여섯 개의 트랜지스터(10 내지 60)를 포함할 수 있다. 여섯 개의 트랜지스터(10 내지 40) 각각은 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있으며, 보다 구체적으로는 각각의 전계 효과 트랜지스터(10 내지 60)는, 예를 들어, 실리콘 온 인슐레이터(SOI, Silicon-on-Insulator 또는 모스펫(MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)일 수 있다. 이하 셀(2) 내의 각각의 전계 효과 트랜지스터(10 내지 60)를, 각각 제1 전계 효과 트랜지스터(10), 제2 전계 효과 트랜지스터(20), 제3 전계 효과 트랜지스터(30), 제4 전계 효과 트랜지스터(40), 제5 전계 효과 트랜지스터(50) 및 제6 전계 효과 트랜지스터(60)라고 지칭한다. According to an embodiment, at least one
일 실시예에 의하면, 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제2 전계 효과 트랜지스터(20) 각각은, p 전계 효과 트랜지스터(pFET, p Field Effect Transistor)일 수 있다. 반대로 제3 전계 효과 트랜지스터(30) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40) 각각은, n 전계 효과 트랜지스터(nFET, n Field Effect Transistor)일 수 있다. 실시예에 따라서, 이와 반대로 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제2 전계 효과 트랜지스터(20)가 n 전계 효과 트랜지스터이고, 제3 전계 효과 트랜지스터(30) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40)가 p 전계 효과 트랜지스터인 것도 가능하다. 또한, 제5 전계 효과 트랜지스터(50) 및 제6 전계 효과 트랜지스터(60) 역시 n 전계 효과 트랜지스터일 수도 있고, 또는 p 전계 효과 트랜지스터일 수도 있다.In example embodiments, each of the first
제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제3 전계 효과 트랜지스터(30)는, 회로나 도선 등의 전도체를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제3 전계 효과 트랜지스터(30)는, 드레인 및 소스를 통해 상호 연결될 수 있다. 또한, 이들(10, 30) 각각의 게이트는 소정의 회로 라인을 통해 상호 연결될 수 있다. 제2 전계 효과 트랜지스터(20) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40)도, 이와 동일한 방식으로 회로나 도선 등의 전도체를 통하여 상호 전기적으로 연결될 수 있다. The first
제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제3 전계 효과 트랜지스터(30)를 포함하는 부분(3, 이하 제1 인버터)과, 제2 전계 효과 트랜지스터(20) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40)를 포함하는 부분(4, 이하 제2 인버터)는 상호 교차적으로 커플링된 것일 수 있다.A portion (hereinafter, referred to as a first inverter) including a first
제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제3 전계 효과 트랜지스터(30)를 연결하는 회로 라인과, 제2 전계 효과 트랜지스터(20) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40)를 연결하는 회로 라인은, 각각 읽기 및 쓰기 동작을 위한 데이터가 전송되는 비트 라인(BL, )과 전기적으로 연결될 수 있다.The circuit line connecting the first
제5 전계 효과 트랜지스터(50)는, 비트 라인()과, 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제3 전계 효과 트랜지스터(30)를 연결하는 회로 라인 사이에 설치되어, 이들 사이의 연결을 제어할 수 있다. 마찬가지로 제6 전계 효과 트랜지스터(60)는 비트 라인(BL)과, 제2 전계 효과 트랜지스터(20) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40)를 연결하는 회로 라인에 설치되어, 이들 사이의 연결을 제어할 수 있다. 제5 트랜지스터(50) 및 제6 트랜지스터(60)는 각각 워드 라인(Word Line)과 전기적으로 연결되어 마련될 수 있다.The fifth
도 2는 실리콘 온 인슐레이터 전계 효과 트랜지스터의 일 실시예에 대한 측단면도이다.2 is a side cross-sectional view of one embodiment of a silicon on insulator field effect transistor.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 상술한 전계 효과 트랜지스터(10 내지 60), 일례로 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는, 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터(FD-SOI, Fully Depleted-Silicon On Insulator) 공정(예를 들어, 28nm 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정)을 기반으로 제작된 것일 수 있다. Referring to FIG. 2, the above-described
제1 전계 효과 트랜지스터(10)가 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 소자를 채용하여 구현된 경우, 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는, 예를 들어, n형 기판(11)과, n형 기판(11) 위에 적층되어 형성된 매립 산화물(12, BOX, Buried Oxide)과, 매립 산화물(12) 위에 서로 이격되어 설치된 소스(13) 및 드레인(14)과, 전압의 인가에 따라서 소스(13) 및 드레인(14) 사이의 전하의 흐름을 생성하는 게이트(15)를 포함할 수 있다.When the first
n형 기판(11)은 실리콘 기판을 이용하여 구현 가능하며, n형 반도체로 동작하게 된다. n형 기판(11)의 두께는, 예를 들어, 7nm일 수 있으나, 이는 임의적으로 결정된 것으로, 설계자는 그 의도에 따라서 다양한 두께로 n형 기판(11)을 제작할 수 있다.The n-
n형 기판(11)의 일 면에는 매립 산화물(12)이 장착되고, 일 면에 대향하는 타면은 외부에 노출되거나 또는 다른 장치(예를 들어, 금속선이나 기판 등)와 결합될 수 있다. The buried
매립 산화물(12)은 채널(11-1)을 통과하는 전자나 정공이 외부(일례로 p형 기판(11))으로 누출되는 것을 차단하도록 마련된다. 매립 산화물(12)의 일 면에는 p+ 영역을 형성하는 소스(13) 및 드레인(14)이 설치되고, 일 면에 대향하는 타면에는 n형 기판(11)의 일 면에 접하여 장착된다. 매립 산화물(12)의 두께는 예를 들어 28nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The buried
소스(13) 및 드레인(14) 각각은 매립 산화물(12)의 일 면에 상호 격리되어 설치 및 장착된다. 제1 전계 효과 트랜지스터(10)에서, 소스(13) 및 드레인(14)은 p형 반도체로 동작한다. 소스(13) 및 드레인(14) 사이에는 채널(11-1)이 형성된다. 채널(11-1) 역시 매립 산화물(12)의 일 면에 접하여 형성된다. 채널(11-1)은 소스(13) 및 드레인(14) 사이의 전하의 이동 경로를 제공한다. Each of the
채널(11-1)에는 게이트(15)가 설치되고, 게이트(15)에 인가되는 전압에 따라서 소스(13) 및 드레인(14) 사이로 전하가 전달되게 된다. 상술한 바와 같이 전하는 채널(11-1)을 통해 전달된다. 게이트(15)는 산화물을 이용하여 구현될 수 있으며, 이 경우 게이트 산화물의 두께는, 예를 들어, 1nm일 수 있다. 그러나, 게이트 산화물의 두께 역시 설계자의 의도에 따라 다양하게 결정될 수 있다.The channel 11-1 is provided with a
또한, 제1 전계 효과 트랜지스터(10)는 백-게이트(back-gate)로 통상적인 웰(well) 타입의 백-게이트를 이용할 수 있으며, 예를 들어, n-웰이 채용될 수 있다.In addition, the first
제2 전계 효과 트랜지스터(20)는, 제1 전계 효과 트랜지스터(10)와 동일하게, 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 기반으로 구현된 것일 수 있다. 예를 들어, 제2 전계 효과 트랜지스터(20) 역시 제1 전계 효과 트랜지스터(10)와 동일하거나 또는 일부 변형된 형태로 n형 기판, 매립 산화물, 소스부, 게이트부, 채널부 및 드레인부를 포함할 수 있다. Like the first
한편, 제3 및 제4 전계 효과 트랜지스터(30 및 40) 역시 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 기반으로 구현될 수 있다. 그러나, 제3 및 제4 전계 효과 트랜지스터(30 내지 40)는, 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터(10, 20)와는 상이하게, n형 기판 대신에 p형 기판을 포함하며, 소스부 및 드레인부는 p+ 영역 대신에 n+ 영역으로 구현된 것일 수 있다. 즉, 제3 및 제4 전계 효과 트랜지스터(30 내지 40)의 소스부 및 드레인부는 n형 반도체로 동작하게 된다. 또한, 제3 및 제4 전계 효과 트랜지스터(30 내지 40)의 경우, n-웰 타입 대신에 p-웰 타입의 백-게이트가 이용될 수 있다.Meanwhile, the third and fourth
제5 및 제6 전계 효과 트랜지스터(50 및 60)도, 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 공정을 기반으로 구현된 것일 수 있으며, 실시예에 따라서, 제3 및 제4 전계 효과 트랜지스터(30 내지 40)와 동일하게 p형 기판 및/또는 p-웰 타입의 백-게이트를 채용하여 구현된 것일 수 있으며, 또한 소스부 및 드레인부는 n+ 영역으로 구현된 것일 수 있다. 이에 따라 제5 및 제6 전계 효과 트랜지스터(50 및 60)의 소스부 및 드레인부 역시 n형 반도체로 동작한다. The fifth and sixth
이외 제2 내지 제6 전계 효과 트랜지스터(20 내지 60)의 구체적인 구조 등은 상술한 제1 전계 효과 트랜지스터(10)와 동일하거나 실질적으로 유사하므로 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다. In addition, since the specific structures of the second to sixth
완전 공핍형 실리콘-온-인슐레이터 공정을 이용하여 트랜지스터(10 내지 60)을 구현하는 경우, 정적 메모리 셀의 반도체 저장 장치(1, 일례로 6T-에스램)의 홀드, 읽기 및 쓰기 안정성은 총 이온화 선량에 대응하여 변화하게 된다.When
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여, 반도체 저장 장치(1)의 총 이온화 선량에 따른 바이어스 의존성에 대해 설명하되, 제1 내지 제6 전계 효과 트랜지스터(10 내지 60)를 포함하는 정적 메모리 셀의 반도체 저장 장치(1)에 대해 방사선을 조사하고, 방사선 조사에 기인한 제1 내지 제6 전계 효과 트랜지스터(10 내지 60) 중 적어도 하나의 동작 실패에 대한 실험 결과를 기반으로 설명하도록 한다. 여기서, 각 트랜지스터(10 내지 60)의 동작은, 홀드 동작, 읽기 동작 및/또는 쓰기 동작을 포함할 수 있다. Hereinafter, a bias dependency according to the total ionization dose of the
정적 메모리 셀의 반도체 저장 장치(1) 또는 트랜지스터(10 내지 60) 중 적어도 하나, 일례로, 제1 트랜지스터 내지 제4 트랜지스터(10 내지 40))에 대한 실험을 수행하기 위하여, 예를 들어, 두 가지의 데이터 패턴이 이용될 수 있다. 여기서, 데이터 패턴은, 방사선 조사 스트레스에서 이용되는 데이터 패턴(이하 스트레스 패턴) 및 스트레스 패턴에 상호 보안적인 데이터 패턴(이하 반대 패턴)을 포함할 수 있다. In order to perform an experiment on at least one of the
도 3 내지 도 5 각각은, 방사선 노출 중에 바이어스된 에스램(SRAM, Static RAM)에 대한 스트레스 패턴에서의 홀드 동작, 읽기 동작 및 쓰기 동작의 실패 및 스트레스 패턴과 반대되는 반대 패턴에 대한 실험 결과를 순차적으로 도시한 그래프 도면이다. 도 3 내지 도 5에서 x축은 총 이온화 선량(Krad(SiO2))을 의미하고, y축은 순차적으로 계측된 홀드 실패, 읽기 실패 및 쓰기 실패의 개수이다. 도 3 및 도 4의 실 선은 총 이온화 선량에 따라서 방사선 조사 중의 바이어스 패턴과 동일한 패턴(스트레스 패턴)에서 측정된 실패의 개수를 연결한 것이고, 점선은 총 이온화 선량에 따라서 방사선 조사 중의 바이어스 패턴과 반대되는 패턴(반대 패턴)에서의 실패의 개수를 연결한 것이다. 3 to 5 each show the experimental results for the opposite pattern opposite to the stress pattern and the failure of the hold operation, the read operation and the write operation in the stress pattern for the SRAM (SRAM, Static RAM) biased during the radiation exposure. It is a graph drawing sequentially. 3 to 5, the x-axis represents the total ionization dose Krad (SiO 2 ), and the y-axis is the number of hold failures, read failures, and write failures sequentially measured. The solid lines of FIGS. 3 and 4 connect the number of failures measured in the same pattern (stress pattern) as the bias pattern during irradiation according to the total ionizing dose, and the dotted line indicates the bias pattern during irradiation according to the total ionizing dose. It is the concatenation of the number of failures in the opposite pattern.
도 3 내지 도 5의 실험 결과는, 구체적으로 10 krad(SiO2)/시간의 선량률(dose rate)을 갖는 Co-60 동위 원소를 방사선 소스로 이용하여 반도체 저장 장치(1) 또는 셀(2)에 방사선을 조사하면서, 홀드, 읽기 및 쓰기 실패 횟수를 4시간마다 기록한 것이다. 바이어스된 방사선 조사가 수행되는 동안, 스트레스 전압은 기술 명목상의 전압인 1V로 유지시킨 상태에서 획득된 것이다(즉, Vdd,스트레스=1V). 또한, 실패 횟수가 보다 명확하게 계수될 수 있도록, 홀드 동작에 대한 테스트 전압은 0.35V로 설정되고, 읽기 동작에 대한 테스트 전압 및 쓰기 동작에 대한 테스트 전압은 동일하게 0.5V로 설정되었다(즉, Vdd,홀드=0.35V, Vdd,읽기=0.5V 및 Vdd,쓰기=0.5V). 홀드 안정성(hold stability) 또한, 주파수는 모두 동일하게 100 KHz로 설정되었다. 분석은 2 msec동안 Vdd,홀드의 전압으로 정지된 후에 수행되었다. 또한, 조사 바이어스 의존성(irradiation bias dependency)은, 방사선 조사가 수행되는 동안 제1 및 제3 전계 효과 트랜지스터(10, 30)는 로우(low) 상태(Q=0)로 유지시키고, 제2 및 제4 전계 효과 트랜지스터(20, 40)는 하이(high) 상태(Q=1)로 유지시킨 후, 분석되었다. 여기서, 로우 상태는 제1 전계 효과 트랜지스터(10)가 오프 상태(Poff)이고, 이에 대응하는 제3 전계 효과 트랜지스터(30)가 온 상태(Non)인 경우를 포함한다. 하이 상태의 전계 효과 트랜지스터(20, 40)는, 상호 반대로 바이어스 된다. 예를 들어, 제2 전계 효과 트랜지스터(20)가 온 상태이면 제4 전계 효과 트랜지스터(40)는 오프 상태로 바이어스 된다. 한편, 분석 과정에 있어서, 스트레스 모드로 동작하는 동안 우발적으로 발생하는 비트 플립은, 20분마다 주기적으로 소정의 스트레스 패턴으로 데이터를 스크러빙(scrubbing)함으로써 보상될 수 있다. 스크러빙 및 계수 실패 비트를 위해 이용된 총 시간은 10분을 초과하지 않도록 설계되었다. 이에 따라, 스크러빙이나 계수 실패 비트에 소요된 시간은, 20시간의 스트레스 시간과 비교하여 무시할 수 있게 된다. 물론 설계자나 실험자의 이와 같은 실험 조건은 상황에 따라 변경 가능하다.The experimental results of FIGS. 3 to 5 specifically show that the
도 3 내지 도 5를 참조하면, 두 가지 데이터 패턴(즉, 스트레스 패턴과 반대 패턴)에서의 총 이온화 선량에 대한 바이어스 의존성 판단이 가능하다. 모든 동작(홀드 동작, 읽기 동작 및 쓰기 동작)에서의 실패 개수는 총 이온화 선량에 따라 증가하는 경향을 보인다. 도 3 내지 도 5에 도시된 실선 및 점선을 참조하면, 모든 동작에서의 실패의 개수는 데이터 패턴에 의존한다. 그러나, 읽기 동작의 경우에는, 쓰기 동작이나 홀드 동작과는 상이하게, 반대 패턴 하에서 수행된 경우에서의 실패는 스트레스 패턴과 유사하게 측정되고, 스트레스 패턴 하에서 수행된 경우에서의 실패는 반대 패턴과 유사하게 측정되었다. 이런 점에서, 홀드 실패 시나 읽기 실패 시에는 임프린트 효과(imprint effect)가 나타나는 반면에, 도 5를 참조하면 쓰기 실패에서는 역 임프린트 효과(inverse imprint effect)가 나타난다는 것을 알 수 있다. 다시 말해서, 홀드 및 읽기 안정성에 대해서는 임프린트 효과가 관찰되는 반면에, 쓰기 안정성에 대해서는 역 임프린트 효과가 관찰된다.3 to 5, it is possible to determine the bias dependency on the total ionization dose in two data patterns (ie, a pattern opposite to a stress pattern). The number of failures in all operations (hold operation, read operation and write operation) tends to increase with the total ionization dose. Referring to the solid and dashed lines shown in Figs. 3 to 5, the number of failures in all operations depends on the data pattern. However, in the case of a read operation, unlike a write operation or a hold operation, the failure when performed under the opposite pattern is measured similar to the stress pattern, and the failure when performed under the stress pattern is similar to the opposite pattern. Was measured. In this regard, it can be seen that an imprint effect appears when a hold fails or a read fails, whereas an inverse imprint effect appears when a write fails with reference to FIG. 5. In other words, an imprint effect is observed for hold and read stability while an inverse imprint effect is observed for write stability.
이 경우, T-캐드 시뮬레이션을 수행하면, 상술한 측정 결과의 해석이 가능해진다.In this case, if the T-cad simulation is performed, the above-described measurement results can be analyzed.
도 6 내지 도 9는, 실리콘 온 인슐레이터 공정을 이용한 정적 메모리 셀의 반도체 저장 장치(1)가 1의 값을 저장한 상태인 경우에서의 각각의 전계 효과 트랜지스터(10 내지 40)의 T-캐드 시뮬레이션 결과를 도시한 것으로, 구체적으로 오프 상태의 제1 전계 효과 트랜지스터(10), 온 상태의 제2 전계 효과 트랜지스터(20), 온 상태의 제3 전계 효과 트랜지스터(30) 및 오프 상태의 제4 전계 효과 트랜지스터(40)의 전기장에 대한 T-캐드 시뮬레이션 결과의 일례를 각각 순차적으로 도시한 도면이다. 각각의 색상은 전기장의 크기를 나타낸 것으로, 적색에 가까울수록 전기장의 세기가 상대적으로 강함을 의미하고, 청색에 가까울수록 전기장의 세기가 상대적으로 약함을 의미한다.6 to 9 show T-cad simulations of the respective
도 6에 도시된 바에 의하면, 제1 전계 효과 트랜지스터(10, p 전계 효과 트랜지스터)가 오프 상태인 경우, 제1 전계 효과 트랜지스터(10)의 n형 기판(11), 소스(13) 및 게이트(15) 각각에 1V의 전압이 인가되고, 드레인(14)에 0V의 전압이 형성될 수 있다. 이 경우, 전기장은 매립 산화물(12) 내에서 n형 기판(11) 및 소스(13)에 인접한 구역이나 그 주변에서 상대적으로 강하게 형성되며, 드레인(14)에 인접한 구역이나 그 주변에서는 상대적으로 약하게 형성된다. 다시 말해서, 드레인(14)에 가까울수록 전기장의 세기가 약해진다.As illustrated in FIG. 6, when the first field effect transistor 10 (p field effect transistor) is in an off state, the n-
온 상태의 제2 전계 효과 트랜지스터(20, p 전계 효과 트랜지스터)의 경우(예를 들어, n형 기판(21), 소스(23) 및 드레인(24)에 1V의 전압이 인가되고, 게이트(25)에는 0V의 인가된 경우), 도 7에 도시된 바와 같이, 전기장은 매립 산화물(22) 내에서 특정한 방향을 나타내지 않고 전체적으로 균일하게 분포하게 된다.In the case of the second field effect transistor 20 (p field effect transistor) in the on state (for example, a voltage of 1 V is applied to the n-
오프 상태의 제3 전계 효과 트랜지스터(30, n 전계 효과 트랜지스터)의 경우에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 전기장은 매립 산화물(32) 내에서 방향성 없이 대체적으로 균일한 분포를 나타낸다. 오프 상태에서는, 제3 전계 효과 트랜지스터(30)의 p형 기판(31), 소스(33) 및 드레인(34) 각각에는 0V의 전압이 인가되고, 게이트(35)에만 1V의 전압이 인가되었을 수 있다.In the case of the third field effect transistor 30 (n field effect transistor) in the off state, as shown in FIG. 8, the electric field exhibits a generally uniform distribution without directivity in the buried
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 온 상태로 설정된 제4 전계 효과 트랜지스터(40, n 전계 효과 트랜지스터)의 매립 산화물(42) 내의 전기장은 p형 기판(41) 및 드레인(44)이 위치한 구역이나 그 주변에서는 상대적으로 강하게 형성되고, 반대로 소스(43)가 위치한 구역이나 그 주변에서는 상대적으로 약하게 형성된다. 다시 말해서, 소스(43)에 가까울수록 전기장의 세기가 약해진다. 이 경우, 제4 전계 효과 트랜지스터(40)의 p형 기판(41), 소스(43) 및 게이트(45)에는 0V의 전압이, 드레인(44)에는 1V의 전압이 인가되었을 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 9, the electric field in the buried
다시 말해서, 온 상태의 제2 전계 효과 트랜지스터(20, 즉, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터)와 온 상태의 제3 전계 효과 트랜지스터(30, 즉, 온 상태의 n 전계 효과 트랜지스터) 각각에 있어서 매립 산화물의 전기장의 방향은 서로 반대로 형성되게 된다.In other words, the buried in each of the second
산화물 내(12, 22, 32, 42)에 전자 정공 쌍이 방사선에 의해 생성되는 경우, 정공은 고정된 산화물 전하(fixed oxide charge, Not)로 유지되는 경향이 있다. 반면에 전자는 가벼운 유효 질량으로 인해 소멸된다. 그러므로, 상술한 바를 고려하면, 전기장은 백 채널의 인터페이스 근처에서 홀들을 유인하게 되고, 이에 따라 총 이온화 선량의 효과가 가속화됨을 알 수 있다.When electron hole pairs are generated by radiation in the
총 이온화 선량에 영향을 주는 전기장의 방향은, 채널의 중간에서 수직 방향으로 절단하여 획득된 일 면에 대한 에너지 밴드 다이어그램에 의해 보다 명확하게 설명될 수 있다.The direction of the electric field affecting the total ionization dose can be more clearly explained by the energy band diagram for one face obtained by cutting in the vertical direction in the middle of the channel.
도 10은 방사선 조사에 의해 바이어스된 조건 하에서 온 상태 및 오프 상태 각각의 n 전계 효과 트랜지스터 및 p 전계 효과 트랜지스터에 대한 에너지 밴드 다이어그램의 일례이다. 도 10에서, x축은 높이(nm)를, y축은 에너지 밴드(eV)를 의미한다. 또한, 적색선은 p 전계 효과 트랜지스터(일례로 제1 전계 효과 트랜지스터(10) 및 제2 전계 효과 트랜지스터(20))에서의 에너지 밴드를 의미하고, 청색선은 n 전계 효과 트랜지스터(일례로 제3 전계 효과 트랜지스터(30) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40))에서의 에너지 밴드를 의미한다. 실선은 온 상태를, 점선은 오프 상태를 의미한다.10 is an example of an energy band diagram for an n field effect transistor and a p field effect transistor, respectively, in an on state and an off state under conditions biased by irradiation. In FIG. 10, the x axis represents height (nm) and the y axis represents energy band (eV). In addition, the red line means an energy band in the p field effect transistor (for example, the first
도 10에 도시된 바를 참조하면, p 전계 효과 트랜지스터(일례로 제2 전계 효과 트랜지스터(20))의 에너지 밴드는 양전하가 매립 산화물(12, 22)의 인터페이스 주변에 요구하는 정도로 축적되도록 형성된다. 구체적으로 예를 들어, n 전계 효과 트랜지스터(일례로 제3 전계 효과 트랜지스터(30) 및 제4 전계 효과 트랜지스터(40))의 전위 그래디언트는 온-상태나 오프-상태 여부에 무관하게 홀을 인터페이스로부터 멀리 밀어내도록 형성되는 반면에, 제2 전계 효과 트랜지스터(20)의 매립 산화물(22)의 전위 그래디언트는 홀을 백 채널 계면에 가깝게 끌어 당기도록 형성된다. 그러므로, 온-상태 및 오프-상태 양자에 대해서 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터(10, 20)는 제3 및 제4 전계 효과 트랜지스터(30, 40)의 온-상태 및 오프-상태보다 더욱 열화 된다. 이런 점을 고려하면, 실리콘 온 인슐레이터 내의 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터(10, 20)는, 제3 및 제4 전계 효과 트랜지스터(30, 40)보다 구동 전류의 저하가 중요한 인자로 작용하게 된다.Referring to FIG. 10, the energy band of the p field effect transistor (eg, the second field effect transistor 20) is formed such that the positive charge accumulates to the extent required by the interface around the buried
도 11은 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터 및 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터에 대해 매립 산화물 인터페이스 주변의 전기장의 수직 성분의 일례를 도시한 그래프 도면이다. 구체적으로 도 11은 소스, 채널 및 드레인 방향(다시 말해서, 채널의 길이 방향)으로 절단한 매립 산화물 인터페이스의 절단면 주변의 전기장(Fy)의 수직 성분을 도시한 것이다. 도 11에서 x축은 폭(nm)을, y축은 에너지 밴드(x10^6 V/cm)를 의미한다. 또한, 실선은 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(일례로 제2 전계 효과 트랜지스터(20))에 대한 전기장의 수직 성분을 의미하고, 점선은 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(일례로 제1 전계 효과 트랜지스터(10))에 대한 전기장의 수직 성분을 의미한다.11 is a graph showing an example of the vertical component of the electric field around the buried oxide interface for the p field effect transistor in the on state and the p field effect transistor in the off state. Specifically, FIG. 11 shows the vertical component of the electric field Fy around the cut plane of the buried oxide interface cut in the source, channel and drain directions (ie, in the longitudinal direction of the channel). In FIG. 11, the x axis represents a width (nm) and the y axis represents an energy band (x10 ^ 6 V / cm). In addition, the solid line means the vertical component of the electric field with respect to the p field effect transistor (for example, the second field effect transistor 20) in the on state, and the dotted line indicates the p field effect transistor (for example, the first field effect transistor in the off state). (10) means the vertical component of the electric field.
도 11에 도시된 바에 의하면, 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(10)에 대한 전기장의 수직 성분은, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(20)에 대한 전기장의 수직 성분보다, 소스(13, 23) 근처에서는 상대적으로 강하나, 드레인(14, 24) 근처에서는 상대적으로 더 약하게 형성된다. 이 경우, 도 3 및 도 4의 임프린트 효과를 고려하면, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(20)기 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(10)보다 스트레스 조건이 상대적으로 나빠지게 된다. 또한, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(20)의 풀업(pull-up) 강도는, p 전계 효과 트랜지스터(10)의 풀업 강도보다 상대적으로 약화된다. As shown in FIG. 11, the vertical component of the electric field for the p
도 12는 방사선 조사 및 방사선 비조사 사이의 전압 전달 곡선(VTC, Voltage Transfer Curve)의 혼합 모드 시뮬레이션 결과에 대한 일례를 도시한 그래프 도면이다. 도 12에서 흑색은 방사선 조사가 없는 경우에서의 반도체 저장 장치(1) 또는 셀(2) 내의 전계 효과 트랜지스터(10 내지 40)에 대한 전압 전달 곡선의 일례이고, 적색은 방사선이 조사된 상황에서의 전압 전달 곡선의 일례이다. 또한, 전압 전달 곡선 H(VTCH) 및 전압 전달 곡선 L(VTCL)은 각각 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(20)에 연결된 하이 출력에서의 전압 전달 곡선 및 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(10)에 연결된 로우 출력에서의 전압 전달 곡선을 의미한다.12 is a graph illustrating an example of a mixed mode simulation result of a voltage transfer curve (VTC) between irradiation and non-irradiation. In FIG. 12, black is an example of voltage transfer curves for the
홀드 안정성 및 읽기 안정성은, 총 이온화 선량에 의해 왜곡되는 홀드 정적 잡음 마진(SNM, Static Noise Margin) 및 읽기 정적 잡음 마진과 상관 관계를 갖고 있다. 이와 같은 정적 잡음 마진의 왜곡은 벌크 에스램(bulk SRAM)에서도 발견되나, 그 동작 메커니즘은 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 에스램과는 상이하다. 벌크 에스램의 경우, 총 이온화 선량은 n 전계 효과 트랜지스터의 구동 및 누설 전류를 증가시켜 풀 다운(pull-down)을 강화시키는 경향이 있다.Hold stability and read stability are correlated with hold static noise margin (SNM) and read static noise margin, which are distorted by the total ionization dose. This distortion of static noise margin is also found in bulk SRAMs, but its mechanism of operation is different from that of a fully depleted silicon on insulator SRAM. In the case of bulk SRAMs, the total ionization dose tends to increase the driving and leakage currents of the n field effect transistor to enhance pull-down.
도 12에 도시된 바와 같이, 전압 전달 곡선에 대해 혼합 모드 시뮬레이션을 수행하면, 이와 같은 정적 잡음 마진의 왜곡을 시각화할 수 있으며, 이에 따라 왜곡의 직관적이고 구체적인 파악이 가능해진다. 생성된 양전하 밀도는 총 이온화 선량에 비례한다. 이런 이유로, 매립 산화물(12, 22)의 영역 내에 더 높은 양전하가 추가되면, 성능이 더욱 저하되게 된다. 따라서, 도 12에 도시된 것처럼, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(20)에 의해 기인한 전압 전달 곡선 H의 좌측 편이는, 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(10)에 의해 기인한 전압 전달 곡선 L의 하측 편이보다 더 크게 되며, 이는 정적 잡음 마진 L보다 더 작은 정적 잡음 마진 H의 원인이 된다. 이와 같은 점 때문에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 홀드 및 읽기 비트 실패는 총 이온화 경향에 따라 증가하게 된다.As shown in FIG. 12, when the mixed mode simulation is performed on the voltage transfer curve, the distortion of the static noise margin can be visualized, thereby enabling an intuitive and specific grasp of the distortion. The positive charge density produced is proportional to the total ionization dose. For this reason, if higher positive charges are added in the regions of the buried
도 13은 고정 산화물 밀도 전압을 갖는 셀에 있어서 1 및 0의 쓰기에 대한 과도 출력 곡선(Transient output curve)의 일례를 도시한 그래프 도면이다. 도 13에서 흑색 선은 온 상태 및 오프 상태의 전계 효과 트랜지스터의 매립 산화물 내에서 동일한 고정된 산화물 전하를 갖는 셀에 대해 1 및 0을 쓰는 경우에서의 과도 출력 곡선이고, 적색 선은 온 상태 및 오프 상태의 전계 효과 트랜지스터의 매립 산화물 내에서 더 큰 고정된 산화물 전하를 갖는 셀에 대해 1 및 0을 쓰는 경우에서의 과도 출력 곡선이다.FIG. 13 is a graph showing an example of a transient output curve for writing 1 and 0 in a cell with a fixed oxide density voltage. In FIG. 13, the black line is a transient output curve when 1 and 0 are written for cells having the same fixed oxide charge in the buried oxide of the field effect transistor in the on state and the off state, and the red line is the on state and the off state. Transient output curve when 1 and 0 are written for a cell with a larger fixed oxide charge in the buried oxide of the field effect transistor in the state.
쓰기 실패는 도 13와 도시된 바와 같이 타이밍 시뮬레이션을 통해 분석할 수 있다. 상술한 바와 동일하게, p 전계 효과 트랜지스터(10, 20)는 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터 내에서 총 이온화 선량으로 인해 약화되는 경향이 있다. 홀드 안정성 및 읽기 안정성과는 상이하게, 약화된 p 전계 효과 트랜지스터(10, 20)는 기록 안정성을 향상시키는 것으로 예상되었다. 이는 6 트랜지스터 에스램의 쓰기 안정성은, 풀업 p 전계 효과 트랜지스터와 액세스 n 전계 효과 트랜지스터 사이의 경쟁에 의해 결정된다고 보기 때문이었다. 그러나 상술한 타이밍 시뮬레이션 결과에 의하면, 약화된 p 전계 효과 트랜지스터(10, 20)는 0에서 1로 기록된 값을 변경하는 메모리 노드의 상승 시간을 저하하게 되므로, 이와 같은 예상과 달리 쓰기 안정성이 저하되는 것으로 나타나게 된다. 또한, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(20)의 풀 업 강도는 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(10)의 풀 업 강도보다 더 약해지게 된다. 결과적으로, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(20)의 드레인 노드를 하이 상태로 만드는 데 요구되는 상승 시간이, 오프 상태의 p 전계 효과 트랜지스터(10)의 드레인 노드를 하이 상태로 만드는데 요구되는 상승 시간보다 더 느려지게 되고, 이에 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 쓰기 과정에서의 역 임프린트 효과가 발생하게 된다.The write failure may be analyzed through timing simulation as shown in FIG. 13. As described above, the p
총 이온화 선량은 에스램의 안정도를 저하시킨다. 특히 28nm 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터를 이용하는 에스램에 대한 총 이온화 선량 효과는, 벌크 시모스에 대한 총 이온화 선량 효과와 비교해서 더욱 중요한 의미를 갖는다. 왜냐하면 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터는, 상당한 홀을 수용 가능한 수십 나노미터의 두께를 갖는 매립 산화물을 이용하나, 벌크 시모스(bulk CMOS)의 게이트 산화물은 서브 마이크론 기술을 이용하면 매우 얇게 형성되기 때문이다. Total ionization dose reduces the stability of the SRAM. In particular, the total ionization dose effect on SRAM using a 28 nm fully depleted silicon on insulator has a more significant significance compared to the total ionization dose effect on bulk CMOSs. Because fully depleted silicon on insulators use buried oxide with a thickness of tens of nanometers that can accommodate significant holes, the bulk oxide gate oxides are formed very thin using submicron technology.
종래에는 이와 같은 에스램의 안정도 저하는, 총 이온화 선량이 n 전계 효과 트랜지스터에 주로 영향에 기인한 것으로 믿겨졌었다. 그러나, 상술한 분석 결과에 따르면, 종래의 믿음과는 다르게, 총 이온화 선량에 의해 p 전계 효과 트랜지스터(10, 20)가 현저하게 약화된다. 다시 말해서, 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터의 p 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량 효과는 n 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량 효과보다 더 강하게 나타난다. 또한, 약화된 p 전계 효과 트랜지스터는 홀드 및 읽기의 정적 잡음 마진을 감소시켜 홀드 및 읽기의 안정성을 감소시키며, 또한, 쓰기 작업의 지연을 증가시켜 쓰기 안정성도 마찬가지로 약화시킬 수 있다.It has conventionally been believed that such a decrease in the stability of the SRAM is due to the influence of the total ionization dose mainly on the n field effect transistor. However, according to the above analysis results, contrary to the conventional belief, the p
상술한 바와 같이, 반도체 기억 장치(1)는 두 개의 p 전계 효과 트랜지스터(10, 20)와, 두 개의 n 전계 효과 트랜지스터(30, 40)를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 p 전계 효과 트랜지스터(10, 20)가 총 이온화 선량에 의해 전반적으로 영향을 받는다. 이에 따라 홀드, 읽기 및 쓰기 안정성은 상대적으로 저하된다. 이와 같은 점을 고려하면, 총 이온화 선량에 대해 강인하여 내방사선 성능이 우수한 반도체 기억 장치(1)를 설계 및 제작할 수 있게 된다. 또한, 이와 같은 반도체 기억 장치(1)를 기반으로 총 이온화 선량에 의한 영향력이 상대적으로 적은 전자 회로의 구축 역시 가능하다.As described above, the
이하 도 14를 참조하여 반도체 기억 장치의 총 이온화 선량 효과를 측정하는 방법의 일 실시예에 대해서 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a method of measuring the total ionization dose effect of a semiconductor memory device will be described with reference to FIG. 14.
도 14는 반도체 기억 장치의 총 이온화 선량 효과를 측정하는 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.14 is a flowchart of one embodiment of a method of measuring the total ionization dose effect of a semiconductor memory device.
도 14에 도시된 바에 의하면 반도체 기억 장치의 총 이온화 선량 효과를 측정하기 위하여, 먼저 방사선을 셀 또는 셀을 포함하는 반도체 저장 장치에 조사할 수 있다(101). As shown in FIG. 14, in order to measure the total ionization dose effect of the semiconductor memory device, radiation may be first irradiated to the cell or the semiconductor storage device including the cell (101).
이 경우, 셀은 도 1에 도시된 바와 같이 네 개의 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 두 개의 p 전계 효과 트랜지스터 및 두 개의 p 전계 효과 트랜지스터와 각각 연결되는 두 개의 n 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 두 개의 p 전계 효과 트랜지스터는 제1 전계 효과 트랜지스터 및 제2 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 두 개의 n 전계 효과 트랜지스터는 제1 전계 효과 트랜지스터에 대응하는 제3 전계 효과 트랜지스터 및 제2 전계 효과 트랜지스터에 대응하는 제4 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 의하면, 제1 전계 효과 트랜지스터 및 제4 전계 효과 트랜지스터는 오프 상태로 설정되고, 제2 전계 효과 트랜지스터 및 제3 전계 효과 트랜지스터는 온 상태로 설정될 수 있다. 전계 효과 트랜지스터(들)은 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터를 이용하여 구현된 것일 수 있다.In this case, the cell may include four field effect transistors, as shown in FIG. 1, and more specifically, two n field effect transistors respectively connected to two p field effect transistors and two p field effect transistors. It may include. As described above, the two p field effect transistors may include a first field effect transistor and a second field effect transistor, and the two n field effect transistors may include a third field effect transistor corresponding to the first field effect transistor, and And a fourth field effect transistor corresponding to the second field effect transistor. According to an embodiment, the first field effect transistor and the fourth field effect transistor may be set to an off state, and the second field effect transistor and the third field effect transistor may be set to an on state. The field effect transistor (s) may be implemented using a fully depleted silicon on insulator.
순차적으로 방사선의 조사에 따라 상기 두 개의 p 전계 효과 트랜지스터 및 상기 두 개의 n 전계 효과 트랜지스터에서 발생된 실패를 주기적으로 또는 비주기적으로 계수한다. 이 경우, 실패는 홀드 동작, 읽기 동작 및 쓰기 동작 중 적어도 하나의 동작 과정에서 측정된다(102).Sequentially or aperiodically, the failures generated in the two p field effect transistors and the two n field effect transistors are sequentially counted according to irradiation of radiation. In this case, the failure is measured 102 during at least one of a hold operation, a read operation, and a write operation.
또한, 실패의 측정은, 상술한 스트레스 패턴을 기반으로 방사선 조사에 의해 p 전계 효과 트랜지스터 및 n 전계 효과 트랜지스터에서 발생된 실패를 계수하거나 및/또는 상술한 반대 패턴을 기반으로 방사선의 조사에 따라 p 전계 효과 트랜지스터 및 n 전계 효과 트랜지스터에서 발생된 실패를 계수하여 수행될 수 있다.In addition, the measurement of the failure counts the failure generated in the p field effect transistor and the n field effect transistor by irradiation based on the above-described stress pattern and / or p according to the irradiation of radiation based on the above-mentioned opposite pattern. This can be done by counting the failures occurring in the field effect transistor and the n field effect transistor.
이와 같은 측정에 따라서, 각각의 동작은 총 이온화 선량에 의존하면서도, 홀드 실패 시나 읽기 실패 시에는 임프린트 효과가 발생하고, 반대로 쓰기 실패에서는 역 임프린트 효과(inverse imprint effect)가 나타남을 알 수 있게 된다.According to this measurement, while each operation depends on the total ionization dose, it can be seen that an imprint effect occurs at a hold failure or a read failure, and conversely, an inverse imprint effect appears at the write failure.
또한, 총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 네 개의 전계 효과 트랜지스터 각각에 대해서 T-캐드 시뮬레이션을 수행하는 단계를 더 포함할 수도 있다(103). 이와 같은 T-캐드 시뮬레이션 결과에 따라서 온 상태의 전계 효과 트랜지스터(일례로 도 1의 제2 전계 효과 트랜지스터)와 온 상태의 n 전계 효과 트랜지스터(일례로 도 1의 제3 전계 효과 트랜지스터) 각각의 매립 산화물 내에 형성된 전기장은 서로 반대 방향으로 형성됨을 알 수 있게 된다. In addition, the method of measuring the total ionization dose effect may further include performing a T-cad simulation for each of the four field effect transistors (103). According to the T-cad simulation results, each of the on-field effect transistors (for example, the second field effect transistor of FIG. 1) and the on-state n field effect transistors (for example, the third field effect transistor of FIG. 1) is embedded. It can be seen that the electric fields formed in the oxides are formed in opposite directions.
또한, 총 이온화 선량 효과의 측정 방법은, 네 개의 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에 대해서 에너지 밴드 다이어그램을 획득하는 단계를 더 포함할 수도 있다(104). 이 경우, 에너지 밴드 다이어그램은, 적어도 하나의 전계 효과 트랜지스터에 대해 채널의 중간에서 수직 방향으로 절단한 일 면에 대한 에너지 밴드를 나타내는 것일 수 있다. 에너지 밴드 다이어그램은, 상술한 네 개의 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나를 온 상태 및 오프 상태 중 적어도 하나의 상태로 설정한 후에 수행될 수도 있다.In addition, the method of measuring the total ionization dose effect may further include obtaining an energy band diagram for at least one of the four field effect transistors (104). In this case, the energy band diagram may represent an energy band for one surface cut in the vertical direction from the middle of the channel with respect to the at least one field effect transistor. The energy band diagram may be performed after setting at least one of the four field effect transistors described above to at least one of an on state and an off state.
또한, 방사선 조사의 경우 및 방사선 비조사의 경우에 대하여 전압 전달 곡선에 대해 혼합 모드 시뮬레이션이 수행될 수도 있다(105). 혼합 모드 시뮬레이션에 의하면, 총 이온화 선량에 의해 왜곡되는 정적 잡음 마진의 왜곡을 시각적으로 파악할 수 있게 된다. 여기서 정적 잡음 마진은 홀드 정적 잡음 마진 및 읽기 정적 잡음 마진 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, mixed mode simulation may be performed on the voltage transfer curve for radiation and non-irradiation cases (105). Mixed-mode simulation enables visual identification of distortion of static noise margins distorted by the total ionization dose. The static noise margin may include at least one of a hold static noise margin and a read static noise margin.
뿐만 아니라, 상기 셀이 고정 산화물 밀도 전압을 갖는 경우에 대해서, 타이밍 시뮬레이션을 통한 1 및 0의 쓰기에 대한 과도 출력 곡선을 더 획득할 수도 있다(106). 타이밍 시뮬레이션 및 과도 출력 곡선에 의하면, 온 상태의 p 전계 효과 트랜지스터의 드레인 노드를 하이 상태로 만들기 위해 필요한 상승 시간이 지연되어 쓰기 과정에서 역 임프린트 효과가 발생됨을 알 수 있게 된다.In addition, for the case where the cell has a fixed oxide density voltage, transient output curves for writes of 1 and 0 through timing simulation may be further obtained (106). The timing simulation and transient output curves show that the rise time required to bring the drain node of the on-state p field effect transistor high is delayed, resulting in a reverse imprint effect during the write process.
도 14에는 홀드, 읽기, 쓰기 동작에 따른 실패 측정 단계(102), T-캐드 시뮬레이션 수행 단계(103), 에너지밴드의 획득 및 분석 단계(104), 혼합 모드 시뮬레이션의 수행 단계(105) 및 타이밍 시뮬레이션에 따른 과도 출력 곡선의 획득 단계(106)가 순차적으로 수행되는 것으로 기재되어 있으나, 이들 각 단계(102 내지 106)의 처리 순서는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 각각의 단계(102 내지 106)는 도시된 것과는 상이하게 다른 단계(102 내지 106)에 대해 선행하여 수행되거나 및/또는 동시에 수행되는 것도 가능하다. 예를 들어, T-캐드 시뮬레이션 수행 단계 내지 타이밍 시뮬레이션에 따른 과도 출력 곡선의 획득 단계(106) 중 적어도 하나는, 상술한 각 동작에서의 실패의 계수 단계(102)와 동시에 수행될 수도 있고, 및/또는 이에 선행하여 수행될 수도 있다.14 shows the
상술한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법은 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 총 이온화 선량 효과의 측정 방법을 구현한 프로그램은 프로그램을 기록 가능하고, 컴퓨터 장치에 의해 호출 및 실행될 수 있는 기록 매체에 저장되어 있을 수도 있다.The above-described method for measuring the total ionizing dose effect may be implemented in the form of a computer program. In addition, a program that implements a method for measuring the total ionization dose effect may be stored in a recording medium capable of recording a program and recalled and executed by a computer device.
이상 반도체 기억 장치, 상기 반도체 기억 장치를 이용한 전자 회로 장치 및 상기 장치에 대한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법의 여러 실시예에 대해 설명하였으나, 반도체 기억 장치, 상기 반도체 기억 장치를 이용한 전자 회로 장치 및 상기 장치에 대한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법은 오직 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 장치나 방법 역시 상술한 장치 및 방법의 일례가 될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 또는 치환되더라도 상술한 반도체 기억 장치, 상기 반도체 기억 장치를 이용한 전자 회로 장치 및 상기 장치에 대한 총 이온화 선량 효과의 측정 방법의 일 실시예가 될 수 있다.The various embodiments of the semiconductor memory device, the electronic circuit device using the semiconductor memory device, and the method for measuring the total ionization dose effect for the device have been described. However, the semiconductor memory device, the electronic circuit device using the semiconductor memory device, and the The method of measuring the total ionization dose effect on the device is not limited to only the above-described embodiment. Various devices or methods that can be modified and modified by those skilled in the art based on the above-described embodiments may also be examples of the above-described devices and methods. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components or Even if replaced or replaced by an equivalent, the above-described semiconductor memory device, the electronic circuit device using the semiconductor memory device, and the method of measuring the total ionization dose effect on the device can be provided.
1: 반도체 저장 장치 2: 셀
10: 제1 전계 효과 트랜지스터 20: 제2 전계 효과 트랜지스터
30: 제3 전계 효과 트랜지스터 40: 제4 전계 효과 트랜지스터
50: 제5 전계 효과 트랜지스터 60: 제6 전계 효과 트랜지스터1: semiconductor storage device 2: cell
10: first field effect transistor 20: second field effect transistor
30: third field effect transistor 40: fourth field effect transistor
50: fifth field effect transistor 60: sixth field effect transistor
Claims (13)
상기 방사선의 조사에 따라 상기 여섯 개의 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하되, 상기 실패는 홀드 동작에서의 실패, 읽기 동작에서의 실패 및 쓰기 동작에서의 실패 중 적어도 하나를 포함하는 단계;를 포함하고,
상기 여섯 개의 전계 효과 트랜지스터는,
오프 상태로 설정 가능한 p 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제1 전계 효과 트랜지스터;
온 상태로 설정 가능한 p 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제2 전계 효과 트랜지스터;
상기 제1 전계 효과 트랜지스터에 대응되고 온 상태로 설정 가능한 n 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제3 전계 효과 트랜지스터; 및
상기 제2 전계 효과 트랜지스터에 대응되고 오프 상태로 설정 가능한 n 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제4 전계 효과 트랜지스터;를 포함하며,
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제4 전계 효과 트랜지스터는 오프 상태로 설정되고, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터 및 상기 제3 전계 효과 트랜지스터는 온 상태로 설정된 총 이온화 선량 효과의 측정 방법.Irradiating radiation to a cell or a semiconductor storage device including the cell, wherein the cell comprises six field effect transistors at least two of which are electrically connected; And
Counting a failure occurring in at least one of the six field effect transistors according to the irradiation of the radiation, the failure comprising at least one of a failure in a hold operation, a failure in a read operation, and a failure in a write operation. Including;
The six field effect transistors,
A first field effect transistor comprising a p field effect transistor that can be set to an off state;
A second field effect transistor comprising a p field effect transistor that can be set to an on state;
A third field effect transistor comprising an n field effect transistor corresponding to the first field effect transistor and set to an on state; And
And a fourth field effect transistor corresponding to the second field effect transistor and including an n field effect transistor that can be set to an off state.
And the first field effect transistor and the fourth field effect transistor are set to an off state, and the second field effect transistor and the third field effect transistor are set to an on state.
상기 방사선의 조사에 따라 상기 여섯 개의 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하는 단계는,
스트레스 패턴 하에서 상기 방사선의 조사에 따라 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하는 단계; 및
상기 스트레스 패턴에 대한 반대 패턴 하에서 상기 방사선의 조사에 따라 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에서 발생된 실패를 계수하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 총 이온화 선량 효과의 측정 방법.The method of claim 1,
Counting failures generated in at least one of the six field effect transistors in accordance with the irradiation of radiation,
Counting a failure occurring in at least one of the first field effect transistor or the fourth field effect transistor according to the irradiation of the radiation under a stress pattern; And
Counting a failure occurring in at least one of the first field effect transistor or the fourth field effect transistor in response to the irradiation of the radiation under a pattern opposite to the stress pattern; A method of measuring the total ionizing dose effect comprising at least one of.
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에 대해서 T-캐드 시뮬레이션을 수행하는 단계;를 더 포함하는 이온화 선량 효과의 측정 방법.The method of claim 1,
And performing a T-cad simulation on at least one of the first to fourth field effect transistors.
상기 T-캐드 시뮬레이션에 따라, 온 상태의 상기 제1 전계 효과 트랜지스터와, 온 상태의 상기 제3 전계 효과 트랜지스터 각각의 매립 산화물 내에 형성된 전기장 방향은 서로 반대인 결과를 획득하거나, 또는 온 상태의 상기 제2 전계 효과 트랜지스터와, 온 상태의 상기 제4 전계 효과 트랜지스터 각각의 매립 산화물 내에 형성된 전기장 방향은 서로 반대인 결과를 획득하는 단계;를 더 포함하는 이온화 선량 효과의 측정 방법.The method of claim 5,
According to the T-cad simulation, an electric field direction formed in the buried oxide of each of the first field effect transistor in the on state and the buried oxide of the third field effect transistor in the on state obtains a result that is opposite to each other, or the And obtaining a result in which a second field effect transistor and an electric field direction formed in the buried oxide of each of the fourth field effect transistors in an on state are opposite to each other.
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나를, 온 상태 및 오프 상태 중 적어도 하나의 상태로 설정하는 단계; 및
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 내지 제4 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 하나에 대해 채널의 중간에서 수직 방향으로 절단한 일 면에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 획득하는 단계;를 더 포함하는 이온화 선량 효과의 측정 방법.The method of claim 1,
Setting at least one of the first field effect transistor to the fourth field effect transistor to at least one of an on state and an off state; And
And obtaining an energy band diagram of one surface cut in the vertical direction from the middle of the channel with respect to at least one of the first to fourth field effect transistors.
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 또는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 의한 영향은, 상기 제3 전계 효과 트랜지스터 또는 제4 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 대한 영향보다 더 큰 결과를 획득하는 단계;를 더 포함하는 이온화 선량 효과의 측정 방법. The method of claim 1,
The effect of the total ionization dose on the first field effect transistor or the second field effect transistor is greater than the effect on the total ionization dose on the third field effect transistor or the fourth field effect transistor. The method of measuring the ionizing dose effect further comprising.
상기 제1 전계 효과 트랜지스터 또는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 의한 영향은, 상기 제3 전계 효과 트랜지스터 또는 제4 전계 효과 트랜지스터에 대한 총 이온화 선량에 대한 영향보다 더 큰 결과를 획득하는 단계는,
총 이온화 선량의 영향에 따라서 상기 제1 전계 효과 트랜지스터 또는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 읽기 동작, 홀드 동작 및 쓰기 동작의 안정성이 저하되는 결과를 획득하는 단계;를 포함하는 이온화 선량 효과의 측정 방법. The method of claim 8,
The effect of the total ionization dose on the first field effect transistor or the second field effect transistor is greater than the effect on the total ionization dose on the third field effect transistor or the fourth field effect transistor. The steps are,
And obtaining a result that the stability of the read, hold, and write operations of the first field effect transistor or the second field effect transistor decreases according to the influence of the total ionization dose.
방사선 조사 경우 및 방사선 비조사 경우 각각에 대하여 전압 전달 곡선에 대해 혼합 모드 시뮬레이션을 수행하는 단계;를 더 포함하는 이온화 선량 효과의 측정 방법.The method of claim 1,
And performing mixed mode simulation on the voltage transfer curve for each of the irradiated case and the non-irradiated case.
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---|---|---|---|
KR1020190043499A KR102009458B1 (en) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | Method for measuring total ionizing dose effect of ranmdom access memory using fully depleted silicon on insulator process |
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JP2009516361A (en) * | 2005-10-14 | 2009-04-16 | シリコン・スペース・テクノロジー・コーポレイション | Radiation-resistant isolation structure and manufacturing method thereof |
KR20170040543A (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | 임주현 | Sports top and its manufacturing method |
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Non-Patent Citations (1)
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Qiwen Zheng, "Total Ionizing Dose Influence on the Single Event Multiple-Cell Upsets in 65nm 6-T SRAM", IEEE Transactions on Neclear Science, October 2018* * |
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