PHITSと多重有感領域を用いたFinFETデバイスのソフトエラー解析

Analysis of soft errors for FinFET technology based on the multiple sensitive volume model using PHITS code

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*

放射線が半導体デバイス内に誘起した電荷が一定量以上記憶ノードに収集されたとき、電子機器は一時的な誤動作(ソフトエラー)を起こす。ソフトエラーの発生率をシミュレーションで評価する際、収集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。これまでの研究で、三次元構造を有するFinFETの電荷収集効率(付与電荷量に対する収集電荷量の比)は、電荷付与位置およびfin部に付与される電荷量に依存することが判明した。そこで本研究では、三次元デバイスシミュレータHyENEXSSを用いて電荷収集効率の電荷付与位置および付与電荷量依存性をより詳細に調査し、その結果に基づいてFinFETに対する多重有感領域モデルを新たに構築した。多重有感領域モデルの精度検証として、PHITSで得られた任意の電荷付与イベントについて、HyENEXSSおよび単一有感領域モデルによる計算結果との比較を行った。その結果、多重有感領域モデルを用いて電荷収集効率の位置依存性および付与電荷量依存性を考慮することが、収集電荷量の概算精度向上に繋がることを実証した。

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. In our previous study, it was found that charge collection efficiency in FinFET change with the position and the amount of deposited charge. In this study, we construct the multiple sensitive volume model to estimate collected charge for FinFET. We obtained arbitrary charge deposition events by PHITS and analyzed charge collection of these events for by 3-D TCAD simulator HyENEXSS, the simple sensitive volume model and the multiple sensitive volume model. From the comparisons of the collected charges, it is found that the accuracy of collected charge calculation is improved by considering the variations of charge collection efficiency accompanying the position and the amount of deposited charge.