PD SOI BTSNMOS器件的三维SEU仿真

徐 静，陈正才，洪根深

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

PD SOI BTSNMOS器件的三维SEU仿真

徐 静，陈正才，洪根深

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

采用silvaco软件对抗辐射PD SOI BTSNMOS器件进行了三维SEU仿真。器件建模采用devedit软件，工艺参考标准0.8µm PD SOI工艺平台。器件基于SIMOX SOI材料，其埋氧层厚度为375nm，顶层硅膜厚度为205nm。三维SEU仿真的入射粒子轨迹垂直于器件表面，主要选取了垂直于沟道方向（DS）和平行于沟道方向（PDS）。对比了不同入射粒子轨迹下器件关断状态下漏端电流随粒子入射时间的变化，确定了器件的敏感区域在漏体PN结处，并且越远离体接触的地方，对SEU效应越敏感。

SOI；SEU；三维仿真

1 引言

SOI技术因为其硅膜和衬底之间由绝缘二氧化硅完全隔离，所以SOI器件相对于体硅器件收集单粒子产生的电子空穴对的体积减小，从而漏极收集电荷相对体硅明显减小，因而SOI技术一直以来被用于集成电路的单粒子加固[1]。然而，由于PD SOI器件中固有的寄生双极管的存在，可能会使得它在抗SEU方面的优势减小[2]。

单粒子实验由于其需要高速加能器的支持，实验的成本和难度都很大，因此，对器件进行模拟仿真成为单粒子效应的一个重要研究手段。3-D模拟由于能实现传统2-D模拟所不能实现的体接触，因此能更全面的反映器件的单粒子效应。

本文采用silvaco软件对0.8µm SOI BTsNMOS器件进行了SEU仿真，对其敏感区域进行了分析。

2 仿真的模型建立

首先，应用silvaco软件里的devedit3d功能，建立了0.8µm SOI BTsNMOS器件结构模型，这个模型的各项工艺参数是基于中电58所标准0.8µm SOI工艺平台建立的。器件结构采用BTs结构，源和体短接在一起，W/L=4.8µm/0.8µm，栅氧厚度Tox=17.5nm，顶层硅膜厚度Tsi=160nm，埋氧厚度Box=375nm。建成的模型结构如图1所示。

图1 SOI BTsNMOS器件结构

器件模型建立后，采用Atlas进行了器件模拟，模拟时器件的电压偏置条件是栅上电压VG接0V，漏上电压接5V，源和衬底都接地，入射粒子方向垂直于器件表面[3,4]。在模拟中采用以下物理模型：SRH模型、AUGER模型、CVT模型、BGN模型。在模拟单粒子效应时，采用silvaco的singleeventupset模块，采用的是在单粒子入射路径上任意一点产生的电子-空穴对的数量density=1×1018，单粒子效应产生的电子-空穴的时间分布为高斯分布：

分布特征值T0=2×10-12S，半径特征尺寸radius为0.05。

3 结果与讨论

本文主要从SOI器件漏极收集电流情况对SOI器件敏感区进行了仿真分析。设P+体接触的初始位置为x和z轴的0坐标，沿沟道向漏的方向为x的正方向，沿器件宽度w的方向为z轴的正方向。如图2所示，沿z轴为2µm的水平线和沿x轴为1.3µm的垂直线，以相同的条件分别进行14组和10组单粒子模拟仿真，单粒子轰击点如图2中方框部分所示，方向垂直于器件表面，模拟结果和漏极电流总结如图3、图4所示。

图2 单粒子轰击点分布示意图

图3 沿z=2的水平线粒子入射各点漏极电流曲线

从图3（a）可以看出，沿z=2µm方向，当粒子入射点在器件源端时，x=0.7/0.8时，器件在漏极收集的电流峰值最大，此处也正好是NMOS器件源端的PN结处。在器件源区的PN结处，粒子轰击产生的电子会在漏端强电场下迅速被漏极收集，因而产生了如图3（a）所示的第一个峰；而空穴则在器件体区堆积，提高了体电位使寄生三极管开启。由于器件结构是源体短接接地的，因此入射轰击点在源区上时，粒子轰击所产生的电子空穴对会马上被复合，因而漏极收集到的电流很小。

从图3（b）可以看出，沿z=2µm方向，当粒子入射点在器件多晶栅区时，x=1.2/1.3时，器件在漏极收集的电流峰值最大，此处也正好是NMOS器件漏端的PN结处。在NMOS器件处于关断状态，由于漏上接5V电压，漏端电场最强。当粒子轰击在多晶栅下的体区时，产生的电子由于受到漏端电场的作用，电子被迅速收集到漏结，而空穴则堆积到体区，提高了体电位。粒子轰击点离漏区PN结越近，空穴越容易在体区堆积，而远离漏区PN结轰击所产生的空穴要漂移一段才能达到体区，这个过程中空穴会在掺杂较浓的漏极复合掉一部分，这样堆积在体区的空穴数量会减少，从而减少寄生三极管的放大作用[1]。

从图3（c）可以看出，沿z=2µm方向，当粒子入射点在器件漏区时，x=1.2/1.3时（即漏端PN结处），器件漏极的电流峰值最大，而在漏区N+掺杂区，由于粒子轰击产生的电子空穴对很快被高浓掺杂的漏区复合掉，从而大大减少了寄生三极管的放大作用。因而越远离体区PN结的漏端轰击点，漏端收集到的电流越小。

图4所示为沿x=1.3的垂直线粒子入射各点漏极电流曲线。从图中不难看出z=4.0/3.7时漏端收集的电流最大，这个区域是离体接触最远的区域。因为，离体接触越近，堆积在体区的空穴更容易被体电极收集走，从而降低了寄生三极管的放大作用。

图5 时器件的电势图

图5（a）所示为粒子入射前器件的电势分布图，图5（b）为粒子入射后4×10-12S时的电势分布图，从图中可以看出。体区电势在粒子入射后发生了变化，体电势比入射前有所提高，这是因为入射粒子所产生的空穴在体区堆积所致。

4 结论

通过对58所标准0.8µm PD SOI BTSNMOS器件的三维SEU仿真，发现器件的SEU敏感区域在远离体接触的漏体PN结处。由于PD SOI器件特有的中性体区，单粒子轰击所产生的空穴会堆积在体区，严重时触发寄生三极管，因而有效的体接触可以降低器件对SEU的敏感性。

［1］赵发展，郭天雷，海潮和，等. SOI NMOSFET单粒子效应的3-D模拟[J]. 核电子学与探测技术，2008，28（1）.

［2］杨毅，尹常永，吴春瑜.PD SOI SRAM单元的单粒子加固方法[J]. 核电子学与探测技术，2008，28（6）.

［3］P.Roche, J.M.Palau, K.Belhaddad, et al. SEU reponse of an entire SRAM cell simulated as one contiguous three dimensional device domain[J]. IEEE Trans.Nucl.Sci.,1998, 45∶ 2534-2544.

［4］P.Roche, J.M.Palau, C.Tavemier, et al. Determination on key parameters for SEU using full cell 3-D SRAM simulations[J]. IEEE Trans.Nucl.Sci, 1999,46∶1354-1362.

Study of the Single-event of PD SOI BTSNMOS by 3-D Simulation

XU Jing , CHEN Zheng-cai, HONG Gen-shen
（China Electronics Technology Group Corporation No.58Research Institute,Wuxi214035,China）

The SEU effect of PD SOI BTSNMOS device has been simulated by silvaco 3-D simulation software. The modeling of device is established by Deveidt3D, based on 0.8µm PD SOI process. Device is based upon SIMOX SOI, the top silicon thickness is 205nm, and the BOX thickness is 375nm. The tracks of particles are vertically crossing the surface of the device.Two directions have been selected：one direction is vertical to the channel（DS）, the other is parallel to the channel（PDS）. The sensitive area to sigle-event effect of the device is the reverse bias drain PN junction, which is far from the body contact.The farther is the drain PN junction from the body contact, the more effective is the SEU effect of the device.

SOI; SEU; 3-D simulation

TN702

A

1681-1070（2012）01-0028-03

2011-08-24

徐 静（1980—） ，女，湖北宜昌人，硕士，主要从事SOI CMOS工艺技术开发研究。