SOI材料的抗輻射改性機理研究
Research on the mechanism for Total dose irradiation hardness of SOI material


1.6萬字 37頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘 要
眾所周知，作為集成電路流片的晶圓材料，絕緣體上硅（SOI）相比于體硅材料具有漏電流小、器件速度快、低功耗以及消除了閂鎖效應(yīng)等優(yōu)勢。SOI的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)使得器件收集電離電荷的敏感區(qū)域和p-n結(jié)區(qū)體積變小，這使得SOI器件在抗單粒子輻照方面具有與生俱來的優(yōu)勢，從而應(yīng)用于航天電子。然而同樣由于SOI的埋氧結(jié)構(gòu)，使得SOI器件在總劑量輻照下的性能惡化?？倓┝枯椪赵诼裱踔幸胝潭姾桑M(jìn)而影響了器件與電路的性能和可靠性。本文通過對SIMOX SOI材料進(jìn)行Si離子注入和退火工藝實現(xiàn)了對材料的總劑量加固，并對加固機理進(jìn)行了討論。
本研究對加固的SIMOX SOI晶圓和同批次的未加固的SIMOX 晶圓（對比片）進(jìn)行流片，制作了部分耗盡的環(huán)柵結(jié)構(gòu)的NMOSFET，將這些器件進(jìn)行不同偏置下的不同劑量的總劑量輻照實驗，測試輻照下的正柵晶體管和背柵晶體管的電學(xué)特性曲線。實驗表明背柵閾值電壓隨著總劑量輻照劑量的加大而負(fù)漂以及漏電流隨著總劑量輻照劑量的增加而變大的情況由于加固工藝得到了相當(dāng)程度的抑制。并且我們發(fā)現(xiàn)對于背柵晶體管，PG偏置是最惡劣偏置；對于正柵晶體管，ON偏置是最惡劣偏置，這和相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果一致。
加固的NMOSFET相比于未加固的SIMOX制作的器件，閾值電壓的負(fù)漂大大降低了，這主要是由于正固定電荷減少了。由此推斷Si離子注入能顯著降低由總劑量輻照帶來的正固定電荷密度和陷阱電荷的建立。根據(jù)文獻(xiàn)，有種解釋認(rèn)為Si離子注入和退火工藝在埋氧層中引入了扮演電子陷阱的Si納米晶。Si納米晶俘獲電子中和了輻照引入的正固定電荷積累，從而抑制了閾值電壓的負(fù)漂。通過XPS表征，得到了與硅的不同氧化態(tài)對應(yīng)的化學(xué)結(jié)構(gòu)隨硅離子注入工藝的變化（主要探討了注入劑量的影響）以及硅納米晶的形成，某種程度證實了硅納米晶作為電子陷阱的解釋。


關(guān)鍵詞：SIMOX；硅離子注入；納米硅；總劑量輻照效應(yīng)；XPS