[发明专利]基于单粒子效应的仿真方法和仿真装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，尤其涉及一种基于单粒子效应的仿真方法和仿真装置。

背景技术

空间辐射环境下粒子引起的单粒子效应是造成在轨航天器电子学系统异常和故障的主要诱因之一。随着航天航空工业的高速发展和集成电路的技术提升，特征尺寸处于微纳级的半导体器件正在广泛地应用于航天器和卫星的电子信息控制系统中，已成为了航天航空电子系统的关键模块。因此，商用或宇航集成电路和器件的单粒子效应是目前国家航天等重大项目迫切需要解决的问题，是制约我国航天事业及抗辐射加固技术的关键问题。

随着微电子器件尺寸的持续减小，全耗尽器件如平面型SOI或Fin-FET成为业界认可的可持续摩尔定律的器件结构。器件的灵敏硅层厚度变得越来越薄，甚至几个纳米，仅包含几十个硅原子层；由于厚度减薄而带来统计性变差，超薄灵敏硅层中的能量损失离散现象将更加严重。这将对单粒子效应的评估带来误差，粒子入射引起的能量沉积特性对纳米器件的影响更加显著。

集成度的提高随之带来的微纳级的半导体器件的主要问题就是：多位翻转率的增加；2009年ITRS报告中指出随着器件工艺尺寸的不断减小，其对应的多位翻转对软错误的贡献越大，预计到25nm工艺下集成电路的软错误率将全部来源于多位翻转，而粒子入射后其产生的离子径向径迹特性是影响到多位翻转产生的基本机理。所以，不同的径迹半径会对器件的多位翻转发生率造成影响。当灵敏区尺寸与径迹大小可比拟时，单个离子径迹可能覆盖多个灵敏区，或较小的灵敏区仅能收集部分径迹电荷。因此，研究和开发适用于单粒子效应试验和理论仿真研究的离子径迹径向(δ)分布形貌特性技术方法越发的显现地具有必要性。

随着特征尺寸的减小与新技术的应用，集成电路的工作频率越来越高，电路响应与动态电荷收集在时间上的数量级差异对单粒子效应中电荷收集和脉冲特性有着重要的影响，且粒子输运时间和入射瞬态特性与器、粒子特性相关联，这将大大地增加了粒子特性或是器件特性与单粒子效应敏感性的复杂性。

自从Berger等在试验上发现倾角下引起的单粒子翻转效应出现了截面值下降的现象，并推测有可能是由边缘效应而导致的，单粒子效应中的边缘效应得到了较大的关注，特别是基于Rectangle Parallel-Piped模型下的器件模拟。

因此，目前集成电路和器件中的单粒子效应随着工艺缩减、新材料和新结构的引入，使得单粒子效应试验和理论仿真研究中出现了诸多的新问题，尤其表现在粒子特性、器件特性以及微观机理上。这就要求器件辐射效应的研究，不能够仅局限在加速器试验和单粒子效应理论仿真(翻转截面)上，需要提出基于微观理论的单粒子效应试验和理论仿真的适用性技术方法。所以，为避免由于辐射源的紧缺而出现的反复验证及后续产品的滞后应用，以及单粒子效应试验和理论仿真研究的欠准确性和有效性，开发和研究适用性的技术方法具有一定迫切性和必要性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单粒子效应的仿真方法和仿真装置，至少从粒子的入射角度与粒子在半导体器件的能量沉积特性的关系对单粒子效应进行理论仿真。

第一方面，本发明提供一种基于单粒子效应的仿真方法，所述基于单粒子效应的仿真方法包括：

向半导体器件发射粒子，并确定所述粒子在所述半导体器件的入射角度；

所述粒子入射所述半导体器件之后，采集与所述粒子在所述半导体器件中能量沉积相关的能量沉积数据；

基于所述能量沉积数据和所述入射角度，建立入射角度-能量沉积的关系曲线，基于所述入射角度-能量沉积的关系曲线分析单粒子效应。

第二方面，本发明提供一种基于单粒子效应的仿真装置，所述基于单粒子效应的仿真装置包括入射单元、采集单元和曲线建立单元；

所述入射单元用于：向半导体器件发射粒子，确定所述粒子在所述半导体器件的入射角度；

所述采集单元用于：所述粒子入射所述半导体器件之后，采集与所述粒子在所述半导体器件中能量沉积相关的能量沉积数据；

所述曲线建立单元用于：基于所述能量沉积数据和所述入射角度，建立入射角度-能量沉积的关系曲线，基于所述入射角度-能量沉积的关系曲线分析单粒子效应。

本发明的有益效果：为研究单粒子效应，在仿真实验中向半导体器件发射粒子，并记录所述粒子在所述半导体器件的入射角度；所述粒子入射所述半导体器件之后，采集与所述粒子在所述半导体器件中能量沉积相关的能量沉积数据，并基于所述能量沉积数据和所述入射角度生成所述入射角度-能量沉积的关系曲线，通过该所述入射角度-能量沉积的关系曲线分析单粒子效应。

附图说明