部分耗盡SOI材料的抗總劑量輻照加固和表征


1.5萬(wàn)字 37頁(yè) 原創(chuàng)作品，已通過(guò)查重系統(tǒng)


目 錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 SOI材料簡(jiǎn)介 1
1.2.1 SOI材料的結(jié)構(gòu) 1
1.2.2 SOI材料的優(yōu)勢(shì)/應(yīng)用 2
1.2.3 SOI的制備工藝 3
1.3 SOI器件的總劑量效應(yīng)和加固 7
1.3.1 總劑量輻照效應(yīng) 7
1.3.2 SOI器件的總劑量輻照效應(yīng)機(jī)理 8
1.3.3 PDSOI器件的總劑量加固 12
1.4 研究背景和本論文的主要研究?jī)?nèi)容 12
第二章 PDSOI材料的加固和輻照性能表征 14
2.1 引言 14
2.2 X-射線總劑量輻照實(shí)驗(yàn) 15
2.2.1 PDSOI材料的改性加固 15
2.2.2 SOI/NMOSFET器件結(jié)構(gòu)選擇 15
2.2.3 X-射線總劑量輻照實(shí)驗(yàn) 17
2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 18
2.3.1 環(huán)柵結(jié)構(gòu)的背柵特性 18
2.3.2 H柵結(jié)構(gòu)的背柵特性 21
2.3.3環(huán)柵結(jié)構(gòu)的正柵特性 24
2.3.4 H柵結(jié)構(gòu)的正柵特性 27
2.4本章小結(jié) 28
第三章 結(jié)論 29
參考文獻(xiàn) 30


摘 要
SOI（絕緣體上的硅）器件相比于傳統(tǒng)體硅器件具有抗瞬時(shí)輻照、抗單粒子、無(wú)閂鎖效應(yīng)、無(wú)短溝道效應(yīng)、高速度、簡(jiǎn)化流片工藝等優(yōu)點(diǎn)。SIMOX（注氧隔離）是目前主流的SOI制備工藝之一，通過(guò)離子注入設(shè)備向體硅中注入氧再進(jìn)行退火形成SiO2絕緣埋層。
然而，SOI材料的埋氧層限制了SOI器件/電路在總劑量輻照環(huán)境下的應(yīng)用。CMOS/SOI器件/電路由于寄生背溝道的開(kāi)啟對(duì)總劑量輻照非常敏感?？倓┝枯椪崭猩姾刹糠衷诼駥又蟹e累形成正固定電荷，在NMOSFET中形成寄生背溝道電流泄漏通道。
本論文的工作，通過(guò)向埋氧層中注入硅離子對(duì)SOI材料進(jìn)行總劑量輻照加固。我們?cè)诩庸虡悠泛臀醇庸痰臉?biāo)準(zhǔn)SIMOX晶圓上通過(guò)CMOS工藝流片制備了兩種版圖結(jié)構(gòu)的NMOS晶體管，一種是環(huán)柵結(jié)構(gòu)，一種是H柵結(jié)構(gòu)。接著我們用10 keV的X射線模擬總劑量輻照源對(duì)這兩種版圖結(jié)構(gòu)的部分耗盡NMOS晶體管進(jìn)行了總劑量輻照實(shí)驗(yàn)。為了評(píng)估加固技術(shù)的有效性，我們對(duì)加固和未加固的樣品的總劑量輻照性能進(jìn)行了比較。測(cè)試結(jié)果證實(shí)，硅離子注入的加固方式能有效提高器件的總劑量輻照性能，抑制了晶體管寄生背溝道的閾值電壓的負(fù)漂導(dǎo)致其開(kāi)啟從而使得器件失效。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析討論，背溝道閾值電壓漂移是由硅/二氧化硅界面的界面態(tài)和埋氧層中的氧化物固定正電荷共同決定的，其中固定氧化物正電荷起主要作用。硅離子注入在埋氧層中引入了深能級(jí)電子陷阱，俘獲電子從而補(bǔ)償正固定電荷。
此外我們還研究了部分耗盡NMOS晶體管在總劑量輻照下的最?lèi)毫悠?。?shí)驗(yàn)設(shè)置了ON、OFF、PG三種偏置，結(jié)果表明，不論哪種版圖結(jié)構(gòu)，對(duì)于寄生背柵晶體管，PG偏置均為最?lèi)毫拥妮椪掌茫粚?duì)于正柵晶體管，ON為最?lèi)毫悠?，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致。


關(guān)鍵詞：部分耗盡SOI，埋氧層，總劑量輻照效應(yīng)