贾少旭 毕津顺 曾传滨 韩郑生

(中国科学院微电子研究所 北京 100029)

半导体器件单粒子翻转效应(Single Event Upset, SEU)的精确模拟与分析，首要因素是准确分析辐照过程中半导体器件有源区中电荷淀积的产生机制与能力[1]。传统的半导体器件中淀积电荷的研究方法是基于初级入射粒子的能量截止损耗模型，采用线性能量传输密度(LET)作为 SEU的参考基准[2]，粒子的LET值越高，器件中可淀积的能量和电荷量也越高，发生SEU的概率越大。半导体器件的仿真工具ISE TCAD对SEU的仿真就基于此模型[3]，较高 LET辐照粒子直接电离产生的电荷对SEU的影响占主导地位，则TCAD的仿真的适用性较好；对于低 LET值粒子直接电离产生的电荷对SEU的贡献非常小，TCAD仿真与实验数据差别就很大，甚至不能得到SEU，此时需充分考虑核反应引起的间接电离的贡献[4]。

本文采用欧洲核子中心(CERN)基于 C++面向对象开发的MC工具包Geant4对半导体器件进行SEU的模拟[5]。Geant4的缺点在于不能对半导体器件的电荷收集模型及电学参数进行仿真分析，其优势是拥有较完整的粒子传输物理模型，在粒子入射器件时对包括核反应在内的整个物理过程可作很好的模拟，进而研究核反应对于半导体器件淀积电荷的影响。Geant4可仿真庞大的粒子数入射情况(108个以上)，它在器件辐照的三维结构模拟的计算速度和效率上均优于TCAD。

本文用Geant4研究SEU的一般方法，用于分析粒子入射器件时直接电离和核反应过程对于器件敏感区域中淀积电荷的作用，以及位于敏感区域之上的互连层对于SEU的影响。……