FWF - SIRENS - Studien zu ionisierenden Strahlungseffekten in NanoScale CMOS

Ionisierende Strahlung verursacht wie Röntgen- und Gammastrahlen eine allmähliche Schädigung von Halbleiterbauelementen. Strahlungsinduziert Während der Belichtungszeit bilden sich Defekte, die zu einer Änderung der Transistoreigenschaften führen. Dies führt zu Zuverlässigkeitsproblemen in integrierten Schaltkreisen (IC). Im Laufe der Jahre verbesserte die Skalierung des integrierten Schaltungsprozesses die Robustheit gegenüber Strahlung dank dünnerer Siliziumoxide unter dem MOS-Transistorgatter und höherer Dotierungsniveaus. Beginnend mit 40 nm- und 28 nm-Prozessknoten zur Reduzierung hoher Gate-Leckströme musste sich das Gate-Material jedoch zu einem mit hoher Dielektrizitätskonstante ändern. Dieser neue Gate-Stack in Kombination mit aggressiver Skalierung soll neue Strahlungseffekte aufdecken.Das Projekt SIRENS wird sich auf diese modernen Prozessknoten konzentrieren und die Auswirkungen und Mechanismen der Defektbildung aufgrund von Röntgenstrahlen auf Geräteebene untersuchen. Es werden kundenspezifische integrierte Testschaltungen in 40-nm- und 28-nm-Prozessen entworfen. Dazu gehören dedizierte Teststrukturen, vor allem Arrays unterschiedlicher Größe und Typ Transistoren. Teststrukturen werden Röntgenstrahlung ausgesetzt, um die Drift der Parameter zu charakterisieren. Auch die Energie- und Raumverteilung von Fallen im neuen Gate-Stack wird untersucht. Die Auswirkungen werden untersucht aus drei Perspektiven. Zunächst wird die Abhängigkeit der Transistorgeometrie untersucht. Der Grund für den offensichtlichen Mangel an strahlungsinduziertem Schmalkanaleffekt im p-Kanal-MOS-Transistor wird untersucht.Der strahlungsinduzierte Kurzkanaleffekt wird untersucht, um den dominierenden Effekt unter den drei Hypothesen zu bestimmen: Ladungseinfang im Seitenwandabstandshalter, Haloimplantat zur Erhöhung der effektiven Dotierung und Gate-Verlängerungsbereich, der das elektrische Feld beeinflusst. Die zweite Perspektive umfasst die Untersuchung des Ausmaßes möglicher Strahlenschäden. Zu diesem Zweck wird die Entwicklung der Fallendichte bis zu einem sehr hohen Gesamtgehalt an ionisierenden Dosen bewertet, die 1 Grad einschließlich Tempern erreichen. Der letzte dritte Aspekt sind Studien zur Dosisleistungsempfindlichkeit von MOS-Transistoren. Die Hypothese, die in mehreren neueren Veröffentlichungen vorgeschlagen wurde, besagt, dass eine hohe Dosis vorliegt Die Rate bei beschleunigten Röntgentests könnte zu illusionär geringeren Schädigungseffekten führen als der Stress bei niedriger Dosisrate. Das heutige Verständnis der Strahlungseffekte in skalierten Geräten bis zu einem Prozess von 28 nm ist nur oberflächlich. Die vorgeschlagenen Studien mit zwei Prozessknoten (40 nm und 28 nm) und drei Gießereien (Fab40, Fab28-A und Fab28-B) werden den aktuellen Wissensstand erheblich bereichern.