论文总字数：27047字

摘 要

当今社会，科学技术不断发展，微电子器件的大范围使用使得微电子器件的工艺要求不断提高。集成电路的尺寸越发的减小，集成度越发的提高，微电子器件受到单粒子辐射效应影响的可能性也在增加，单粒子辐射效应会导致微电子器件无法正常工作。随着尺寸的减小，单个粒子产生的单粒子辐射效应的辐射效果也会在多个器件中出现，提高微电子器件的抗辐射性越发的重要。

本文利用TCAD仿真工具对65nm节点的MOS器件进行单粒子辐射效应的仿真验证，并将入射的重离子参数中的入射能量密度和入射方式作为变量进行参数改变，从而判断不同重离子模型对深亚微米MOS器件单粒子辐射效应的影响，最后得出并验证规律。

在完成仿真验证，整理数据后，验证了重离子入射模型下单粒子辐射效应的一些基本规律：入射粒子形成的电流脉冲峰值大小与入射粒子自身的LET值的大小成正比关系，MOS器件漏极瞬态电流到达峰值所需要的时间与入射粒子的自身的LET值大小成反比关系，单粒子瞬态脉冲电流的大小与入射粒子入射的位置在器件中所处点的电场强度成比例关系。通过了解影响的因素，我们可以有效的去预防单粒子辐射效应对微电子器件的危害。

关键词：单粒子辐射效应：MOS器件；TCAD软件仿真

Abstract

In today's society, science and technology continue to develop, and the wide-ranging use of microelectronic devices has led to continuous improvement in the process requirements of microelectronic devices. As integrated circuits become smaller and more integrated, the possibility of microelectronic devices being affected by single-event radiation effects is increasing, and single-particle radiation effects can cause microelectronic devices to fail. As the size decreases, the radiation effect of the single-particle radiation effect produced by a single particle can also occur in multiple devices, and it is increasingly important to improve the radiation resistance of the microelectronic device.

In this paper, the TCAD simulation tool is used to simulate the single-event radiation effect of the 65nm node MOS device, and the incident energy density and the incident mode in the incident heavy ion parameters are used as variables to change the parameters, so as to judge the different heavy ion models to the deep Asia. The effect of single-particle radiation effects on micro-MOS devices is finally obtained and verified.

After completing the simulation verification and collating the data, some basic laws of the single-particle radiation effect under the heavy ion incidence model are verified: the peak value of the current pulse formed by the incident particle is proportional to the magnitude of the LET value of the incident particle itself, and the drain of the MOS device. The time required for the transient current to reach the peak is inversely proportional to the size of the incident particle's own LET value. The magnitude of the single-particle transient pulse current is proportional to the electric field strength at the point where the incident particle is incident. By understanding the factors that influence, we can effectively prevent the harm of single-event radiation effects on microelectronic devices.

Keywords: single particle radiation effect: MOS device; TCAD software simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题研究的背景与意义 1

1.2 国内外研究历史与未来趋势 3

1.3 研究内容与目标 3

1.4 论文组织结构 4

第二章 深亚微米MOS器件 6

2.1 深亚微米MOS器件的物理效应特点 6

2.2 深亚微米MOS器件的基本结构 6

2.2.1 轻掺杂漏 MOS 结构 7

2.2.2 绝缘衬底上硅技术 7

2.2.3 优缺点 7

2.3 深亚微米MOS器件的制造工艺 7

2.3.1 移相掩膜光学光刻技术 7

2.3.2 多层金属布线技术 8

2.4 本章总结 8

第三章 单粒子辐射效应概述 9

3.1 深亚微米MOS器件辐射环境 9

3.2 空间辐射的主要影响 11

3.3 单粒子辐射效应的基本原理 11

3.4 单粒子辐射效应的基本分类 12

3.5 本章总结 13

第四章 单粒子辐射效应的验证 14

4.1 单粒子辐射效应传统检测方法 14

4.1.1 Au靶散射粒子辐照方法 14

4.1.2 高剥离态离子的加速 15

4.1.3 传统方法的不足 15

4.2 TCAD软件仿真工具方法 15

4.2.1 TCAD软件仿真的优势和必要 15

4.2.2 Sentaurus 软件简介 16

4.2.3 Sentaurus 软件流程 17

4.2.4 重离子模型 18

4.2.5 重离子模型数据 19

4.3 仿真试验参数变量 20

4.4 本章总结 20

第五章 单粒子辐射效应仿真结果以及分析 21

5.1 65nm MOS器件的单粒子辐射效应仿真验证 21

5.1.1 65nm 体硅MOS标准结构 21

5.1.2 仿真数据 21

5.1.3 仿真数据分析 23

5.2 重离子入射能量密度 23

5.2.1 LET=1.6皮库伦每微米 23

5.2.2 LET=8皮库伦每微米 25

5.2.3 仿真数据汇总以及分析总结 26

5.3 重离子的入射方式 27

5.3.1 入射方向由（1，0）变成（0，1） 27

5.3.2 入射位置由（0，0）变成（0.5，0.5） 29

5.3.3 仿真数据汇总以及分析总结 30

5.4 本章总结 30

第六章 总结与展望 31

6.1 全文工作总结 31

6.2 研究展望 31

参考文献 33

致谢 34

附录 35

第一章 引言

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