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随着集成电路制造工艺的发展,器件特征尺寸不断减小,器件间距也随之减小。当辐射环境中的高能粒子轰击半导体器件灵敏区域时,会在其敏感节点收集电荷,进而引发单粒子翻转效应或单粒子瞬态脉冲效应。当特征尺寸进入纳米级尺度时,电荷共享效应将成为该领域重要的可靠性问题之一。电荷共享不仅能导致存储单元发生多位翻转,还会使组合逻辑中产生多个单粒子瞬态脉冲,使系统的软错误率增加,从而加大抗辐射设计的难度。目前国内对电荷共享效应的研究主要集中于分立的MOS管之间,且主要考虑90 nm以上的工艺,并没有考虑存储单元和更小特征尺寸时电荷共享效应的影响或作用。因此,有必要从这些方面对电荷共享效应进行具体的研究分析,将其对电路的影响进行有针对性的加固。本文基于TCAD软件三维器件模型仿真,对40 nm CMOS工艺器件中的电荷共享效应做了深入的分析和研究,使用的SPICE模型为基于IBM 40 nm CMOS工艺模型。本文完成的主要研究工作包括:(1)40 nm工艺器件三维建模。通过查阅相关资料,建立了与IBM 40 nm CMOS工艺SPICE模型校准的晶体管三维器件模型。(2)不同因素对电荷共享效应的影响。研究了40 nm工艺中STI深度、粒子入射角度以及N型深阱的存在对电荷共享的影响。发现40 nm工艺中STI在500 nm时为抑制NMOS间电荷共享收集的有效深度;PMOS间电荷共享随STI增大呈线性下降;角度入射和N型深阱的引入会极大的增加NMOS间的电荷共享收集。(3)40 nm工艺中,电荷共享效应对单粒子瞬态(SET)脉宽和SRAM单元单粒子翻转(SEU)的影响。发现电荷共享的增加会抑制SET脉宽,并且在角度入射和三阱工艺中,SRAM单元会在电荷共享较大时发生翻转恢复。设计了新的版图结构,该结构可以充分利用NMOS间电荷共享,将不同NMOS间距时的翻转恢复阈值降低20%以上。(4)抑制电荷收集的方法研究。证明了90 nm工艺中常用的“保护漏”结构在40nm工艺中的不适用性。提出了新的抑制电荷单点收集和共享收集的附加电极结构,该结构将单点电荷收集量降低15%以上,使SRAM单元翻转阈值增大0.4 Me V·cm2/mg,并可以有效抑制NMOS间电荷共享和SRAMs发生MBU。