FinFETデバイスにおける放射線誘起電荷の収集過程解析

Analysis of charge collection caused by radiation in a FinFET technology

安部 晋一郎   ; 佐藤 達彦   ; 加藤 貴志*; 松山 英也*

Abe, Shinichiro; Sato, Tatsuhiko; Kato, Takashi*; Matsuyama, Hideya*

放射線により半導体デバイス内に誘起された電荷が、電子機器の一時的な誤動作(ソフトエラー)を引き起こす。PHITSでソフトエラーの発生率を評価する際、メモリの記憶ノードに収集される電荷量を迅速かつ精度よく計算するモデルが必要となる。近年その使用が広がっているFinFETは、従来主流であったPlanar型素子と構造が異なるため、電荷収集の物理過程も従来とは異なることが予想される。そこで本研究では、FinFETに関する収集電荷量概算モデルの構築を目的とし、三次元TCADシミュレータHyENEXSSを用いて、放射線誘起電荷の収集過程の系統的調査を実施した。解析の結果、数psecの時刻にソース-ドレイン間の一時的な導通が生じることが判明した。また、fin部にのみ電荷が誘起された場合にはこの成分が電荷収集の主因となる一方で、基板にまで電荷が誘起された場合には100psec以降の拡散による電荷収集が主因となることを明らかにした。

Radiation-induced charges in semiconductor device cause temporary and non-destructive faults (the so-called soft errors) in microelectronic devices. The model which estimates charges collected in the storage node of a memory element quickly and accurately is necessary to evaluate soft error rate by simulation. It is predicted that charge collection process in FinFET is differs from that in planar process due to differences in their structures. In this study, we perform systematic investigation of charge collection caused by radiation using 3-D TCAD simulator HyENEXSS in order to construct the charge collection model for FinFET. As a result of that investigation, it is found that temporal conduction between source node and drain node arises at few psec. It is also clarified that the temporal conduction has a major impact on charge collection process when charges deposited only near fin. Meanwhile, it is found that diffusion process is the main cause of charge collection when charges deposited in the substrate.