部分耗盡SOI材料的抗總劑量輻照加固和表征


1.5萬字 37頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


目 錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 SOI材料簡介 1
1.2.1 SOI材料的結(jié)構(gòu) 1
1.2.2 SOI材料的優(yōu)勢/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內(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-射線總劑量輻照實驗 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-射線總劑量輻照實驗 17
2.3實驗結(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 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輻照、抗單粒子、無閂鎖效應(yīng)、無短溝道效應(yīng)、高速度、簡化流片工藝等優(yōu)點。SIMOX（注氧隔離）是目前主流的SOI制備工藝之一，通過離子注入設(shè)備向體硅中注入氧再進行退火形成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啟對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，通過向埋氧層中注入硅離子對SOI材料進行總劑量輻照加固。我們在加固樣品和未加固的標準SIMOX晶圓上通過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這兩種版圖結(jié)構(gòu)的部分耗盡NMOS晶體管進行了總劑量輻照實驗。為了評估加固技術(shù)的有效性，我們對加固和未加固的樣品的總劑量輻照性能進行了比較。測試結(jié)果證實，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漂導(dǎo)致其開啟從而使得器件失效。通過對測試數(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電子陷阱，俘獲電子從而補償正固定電荷。
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惡劣偏置。實驗設(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)，對于寄生背柵晶體管，PG偏置均為最惡劣的輻照偏置；對于正柵晶體管，ON為最惡劣偏置，這與文獻報道一致。


關(guān)鍵詞：部分耗盡SOI，埋氧層，總劑量輻照效應(yīng)