microbik.ru
1

УДК 621.382(06) Микро- и наноэлектроника




А.Л. МАКАРЕВИЧ, С.М. СОКОВНИЧ

Приднестровский государственный университет, Тирасполь
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАЗИТНЫХ СВЯЗЕЙ

В ПОДЛОЖКАХ КМОП МИКРОСХЕМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
Показано, что имеется возможность количественной оценки влияния паразитных структур на нарушения работоспособности функциональных блоков КМОП БИС при воздействии импульсного гамма-излучения с помощью программы SPICE.
Несмотря на большое количество работ по исследованию переходных радиационных эффектов в КМОП интегральных микросхемах [1,2,3], проблемы создания радиационно-стойких схем большой и сверхбольшой степени интеграции вряд ли можно считать решенными. Одним из наиболее доступных средств моделирования физических процессов в КМОП БИС уже в течение более 20 лет остается программа SPICE. Именно количественная оценка первичных и вторичных фототоков, генерируемых в структурах «объемных» (bulk) КМОП СБИС представляет особый интерес для разработчиков элементной базы и микроэлектронной аппаратуры. Это связано с тем, что схемы на монолитных кремниевых подложках на сегодняшний день являются основой для создания как универсальных вычислительных систем, включая телекоммуникационные, так и аппаратуры для «экстремальных» применений. При этом количественная оценка паразитных связей между элементами СБИС через общую монолитную подложку представляет наиболее сложную задачу, т.к. необходим учет многомерности характера таких связей при обязательной оценке влияния эффектов «просадки» напряжений. Предлагаемая модель хорошо согласуется с многочисленными экспериментальными данными по результатам испытаний на воздействие фактора И2 специализированных КМОП БИС, разработанных для бортовой микроэлектронной аппаратуры НПО «ЭЛАС».
Список литературы
1. Никифоров А.Ю., Телец В.А., Чумаков А.И. Радиационные эффекты в КМОП ИС. М., Радио и связь, 1994г., 164с.

2. Useinov R.G. Analytical model of Radiation Induced or Single Event Latchup in CMOS Integrated Circuits. // IEEE Trans. on Nucl. Sci.. 2006, V.53, №4, p. 1834-1838.

3. Massengil T.L., Diehl S.E. IEEE Trans. on Nucl. Sci. 1984, V.31, №6, p. 1337-1343.

Н.А. АВДЕЕВ1, Ю.А. ВОРОНОВ2, В.Д. ПОПОВ2, Г.А. ПРОТОПОПОВ2

1Петрозаводский государственный университет

2Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛОВУШЕЧНЫХ ЦЕНТРОВ В ОКСИДЕ КРЕМНИЯ МОП СТРУКТУРЫ ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Проведено исследование тестовых МОП структур методом вольтфарадных характеристик после радиационно-термической обработки в разных режимах, приводятся результаты количественных оценок термодинамических параметров атомной структуры оксида кремния.
Для отбраковки образцов с повышенной плотностью дефектов оксидной пленки в настоящее время применяется метод радиационно-термической обработки (РТО) с облучением гамма-лучами и последующей термообработкой МОП ИМС на пластинах [1] и в корпусах [2]. РТО является также эффективным методом ускоренных испытаний МОП ИМС на надежность в составе пластины, позволяет повысить выход годных изделий [1] и обеспечивает повышение надежности изделий после этой процедуры [1, 2]. Но до сих пор имеется мало данных по изменению концентрации ловушечных центров в подзатворном оксиде кремния при разных режимах РТО и вопрос стабильности его атомарной структуры после РТО остается открытым. Целью данной работы является определение концентрации ловушечных центров в оксиде кремния при различных этапах РТО и количественная оценка термодинамических параметров его атомарной структуры.

Для экспериментального исследования на кафедре Микроэлектроники МИФИ были изготовлены тестовые МОП структуры с толщиной подзатворного диэлектрика 90 нм на пластине кремния n-типа с удельным сопротивлением 4,5 Омсм и толщиной 630 нм. Облучение тестовых МОП структур проводилось облучением гамма-лучами с мощностью 30 рад/с до дозы 1 Мрад (партия 1, выборка №1) и мощностью 0,1 рад/с до дозы 10 крад (партия 2, выборка №2). Далее проводилась термообработка партии 1 в течение 30 мин при 4500С (выборка №3) и 2000С (выборка №4) и партии 2 при 1400С в течение 100 часов (выборка №5) и 400 часов (выборка №6).

Измерения вольтфарадных характеристик (ВФХ) проводились в лаборатории кафедры Физики твердого тела ПГУ. МОП структура характеризуется наличием в ней механических напряжений [3], наличие которых приводит к тому, что атомы пленки оксида кремния находятся в неравновесном состоянии, зафиксированном охлаждением после ее изготовления. Валентные связи Si-O являются напряженными, то есть осуществляемыми на расстоянии, не соответствующем шагу решетки в кристалле, и (или) под углом, отличным от оптимального.

При облучении имеет место захват дырки на напряженную валентную связь Si-O и последующий ее разрыв. Образуются специфические дефекты (Е’-центры). При этом атомарная структура оксида кремния переходит в новое метастабильное состояние [4].

При термообработке МОП структуры после облучения наблюдается восстановление разорванных связей Si-O и переход структуры в новое, более устойчивое состояние [4]. Полученные данные можно использовать для количественных оценок термодинамических параметров атомарной структуры оксида кремния [4], определяющих повышение ее устойчивости. В таблице 1 представлены результаты расчета изменения S энтропии и свободной энергии системы (в расчете на одну разорванную связь) F после различных стадий РТО.

Табл. 1. Изменение энтропии и свободной энергии после различных стадий РТО

№ выборки

1

2

3

4

5

S/k

12,70

12,96

-2,92

-6,35

-0,84

F, эВ

0

0

-0,054

-0,049

-0,050


Список литературы
1. Катеринич И.И., Курин Ф.М., Попов В.Д. Методы радиационно-термической отбраковки и повышение надежности МОП ИМС. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия, 3-4, 127 (1995).

2. Васильева З.Ф., Ванин В.И., Исляев Ш.Н., Малинин В.Г., Малышев М.М., Федосов В.В. В сб.: Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-99», (М., СПЭЛС-НИИП, 1999) Вып.2, с. 41.

3. Першенков В.С., Попов В.Д., Шальнов А.В. Поверхностные радиационные эффекты в ИМС. М.: Энергоатомиздат, 1988.

4. Воронкова Г.М., Попов В.Д., Протопопов Г.А. Уменьшение плотности ловушечных центров в оксиде кремния при радиационно-термической обработке. //Физика и техника полупроводников, том 41, вып. 8, 2007.


_______________________________________________________________________

ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 8