一种用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法

摘要

本发明提供一种用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法，依据具有浅沟道隔离槽结构的深亚微米器件原型的测试数据初步构建器件模型，依据衬底掺杂浓度分布把所述器件模型的浅沟道隔离槽定位出顶部区域与底部区域，并依据经过辐射后器件的测试数据对所述顶部区域及底部区域添加不同的等效模拟电荷获得与测试数据拟合的模拟数据，以确定所述等效模拟电荷在所述深亚微米器件模型顶部区域及底部区域的作用，从而确定总剂量辐射效应在所述深亚微米器件原型顶部区域及底部区域的作用。本方法步骤简单，能较准确的模拟深亚微米器件总剂量辐射效应，并能反应总剂量辐射效应对器件不同部位的影响，为器件的抗总剂量辐射效应的加固提供可靠的依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种器件的建模方法，特别是涉及一种用于分析深亚微米器件总剂量辐射效 应的方法。

背景技术

电离辐射总剂量效应是指电子元器件或系统长期处于辐射环境下，在绝缘层(主要是氧 化层)累积形成氧化物陷阱电荷和界面态电荷的现象。这种累积效应会引起半导体器件性能 的退化。MOS器件总剂量辐照后性能退化，主要表现为阈值电压漂移和关态漏电流的增加。 阈值电压的漂移主要是由于栅氧化层中陷阱电荷导致的；关态漏电流的增加主要由于隔离氧 化物陷阱电荷导致的。深亚微米器件栅氧很薄(几个nm)，对总剂量辐照不敏感。总剂量辐照 引起深亚微米器件关态漏电流的增加主要是由于浅沟槽隔离氧化物中陷阱电荷造成的。这种 关态漏电流会增加集成电路的功耗，并且对集成电路的可靠性造成较大的负面影响，成为现 阶段有待解决的一个重要的问题。

对深亚微米器件进行抗总剂量辐射效应的加固是现在解决上述问题的一个主要手段，然 而，总辐射剂量效应在深亚微米器件不同区域中的作用往往有较大的差别，简单的采用单一 的手段进行器件的加固往往也达不到理想的效果。因此，如果能现获知总辐射剂量效应在深 亚微米器件不同区域中的具体作用效果，对抗总剂量总辐射剂量效应的加固会有很大的推动 作用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于分析深亚微米器件总剂 量辐射效应的方法，以获得总辐射剂量效应在深亚微米器件不同区域中的具体作用效果，为 抗总剂量总辐射剂量效应的加固提供可靠的依据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于分析深亚微米器件总剂量辐射效 应的方法，所述方法至少包括以下步骤：

1)提供一具有浅沟道隔离槽结构的深亚微米器件原型，并对所述深亚微米器件原型进行 测试获得第一测试I_ds-V_gs曲线，根据所述深亚微米器件原型的工艺参数初步建立具有浅沟道 隔离槽结构的深亚微米器件模型，并获得第一模拟I_ds-V_gs曲线，然后通过改变预设参数拟合 所述第一测试I_ds-V_gs曲线与第一模拟I_ds-V_gs曲线，以确定所述深亚微米器件模型的预设参数 值；

2)依据衬底掺杂浓度分布数据把所述深亚微米器件模型的浅沟道隔离槽分别定义出顶部 区域及底部区域，以获得最终的深亚微米器件模型；

3)对所述深亚微米器件原型分别进行预设剂量的辐射，并对经过辐射的深亚微米器件原 型进行测试，以获得第二测试I_ds-V_gs曲线；

4)根据所述第二测试I_ds-V_gs曲线，分别对所述深亚微米器件模型的顶部区域及底部区域 添加等效模拟电荷，并通过改变所述等效模拟电荷的密度以获得与所述第二测试I_ds-V_gs曲线 拟合的第二模拟I_ds-V_gs曲线，然后依据所述第二模拟I_ds-V_gs曲线确定所述等效模拟电荷在所 述深亚微米器件模型顶部区域及底部区域的作用，以确定总剂量辐射效应在所述深亚微米器 件原型顶部区域及底部区域的作用。

在本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中，所述深亚微米器件模型采 用Silvaco模拟软件进行建造。选用的模型包括用于描述载流子传输的传统漂移扩散模型、用 于描述产生-复合的SRH模型以及描述速度饱和效应的FLDMOB模型。

在本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中，所述深亚微米器件模型的 浅沟道隔离槽的上表面至下表面的距离为390nm，所述顶部区域为所述上表面至距离所述上 表面30nm的平面之间的区域，所述底部区域为距离所述上表面30nm的平面至所述下表面之 间的区域。

在本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中，所述等效模拟电荷在所述 顶部区域均匀分布且所述等效模拟电荷在所述底部区域均匀分布。

在本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中，所述的深亚微米器件原型 为用于实现主要功能电路的核心器件、用于输入输出端口的输入输出器件以及用于提供存储 单元擦除及编程操作的电压的高压器件。

如上所述，本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法，具有以下有益效果： 本方法依据具有浅沟道隔离槽结构的深亚微米器件原型的测试数据初步构建器件模型，依据 衬底掺杂浓度分布把所述器件模型的浅沟道隔离槽定位出顶部区域与底部区域，并依据经过 辐射后器件的测试数据对所述顶部区域及底部区域添加不同的等效模拟电荷获得与测试数据 拟合的模拟数据，以确定所述等效模拟电荷在所述深亚微米器件模型顶部区域及底部区域的 作用，从而确定总剂量辐射效应在所述深亚微米器件原型顶部区域及底部区域的作用。本方 法步骤简单，能较准确的模拟深亚微米器件总剂量辐射效应，并能反应总剂量辐射效应对器 件不同部位的影响，为器件的抗总剂量辐射效应的加固提供可靠的依据。

附图说明

图1显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法的流程示意图。

图2a显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中核心器件原型的 I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。

图2b显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中核心器件模型的 I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。

图3a显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中输入输出器件原 型的I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。

图3b显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中输入输出器件模 型的I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。

图4a显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中高压器件原型的 I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。

图4b显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中高压器件模型的 I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图4b。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明 的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状 及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局 型态也可能更为复杂。

请参阅图1～图2b，如图所示，本发明提供一种用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的 方法，所述方法至少包括以下步骤：

请参阅图1，S11～S12，首先进行步骤1)，提供一具有浅沟道隔离槽结构的深亚微米器件 原型，并对所述深亚微米器件原型进行测试获得第一测试I_ds-V_gs曲线，根据所述深亚微米器 件原型的工艺参数初步建立具有浅沟道隔离槽结构的深亚微米器件模型，并获得第一模拟 I_ds-V_gs曲线，然后通过改变预设参数拟合所述第一测试I_ds-V_gs曲线与第一模拟I_ds-V_gs曲线， 以确定所述深亚微米器件模型的预设参数值。

在本实施例中，所述深亚微米器件原型采用0.18μm嵌入式闪存工艺制备，均为双列直 插陶瓷封装。隔离方式为浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)，采用高密度等离子体(High  density plasma，HDP)沉积制备而成。STI结构为overfilled结构，倾斜角度为87°。在具体的实 施过程中，所述深亚微米器件原型采用ON偏置，即栅极接VDD，其余各端接地。测试曲线 为转移特性曲线，漏端电压为0.05V，源端和衬底接地，栅端扫描电压为0.5V～VDD。在建 造深亚微米器件模型的过程中，首先构建两边的STI结构及沟道区域，然后根据所述STI结 构及沟道区域的位置形成包括源区、沟道区及漏区的有源区衬底，最后定义出源极、漏极、 栅氧化层及栅极。其它详细工艺参数，如衬底掺杂浓度分布数据，可从所述深亚微米器件原 型的具体制造过程获得。辐射诱生的电荷主要分布在STI侧壁，形成源极至漏极的漏电路径。 在本实施例中，所述建模方法采用Silvaco模拟软件进行模拟。选用的模型包括用于描述载流 子传输的传统漂移扩散模型、用于描述产生-复合的SRH模型以及描述速度饱和效应的 FLDMOB模型。初步建立模型后，通过对第一测试I_ds-V_gs曲线与第一模拟I_ds-V_gs曲线的拟合， 可以确定模型所需的预设参数值，并根据此预设参数值定义更接近实际器件的器件模型。

请参阅图1，S13，如图所示，然后进行步骤2)，依据衬底掺杂浓度分布数据把所述深亚 微米器件模型的浅沟道隔离槽分别定义出顶部区域及底部区域，以获得最终的深亚微米器件 模型；其中，所述衬底掺杂浓度分布数据为深亚微米器件原型的固有参数，可从具体的制造 过程中获取。

需要说明的是，深亚微米器件普遍采用倒退阱(retrograde well)，顶部区域定义为衬底掺 杂浓度峰值的1/2位置。在本实施例中，所述深亚微米器件模型的浅沟道隔离槽的上表面至 下表面的距离为390nm，衬底掺杂浓度峰值位置为沿浅沟槽隔离氧化物侧壁60nm处，因此， 定义所述顶部区域为所述上表面至距离所述上表面30nm的平面之间的区域，定义所述底部 区域为距离所述上表面30nm的平面至所述下表面之间的区域。

请参阅图1，S14，如图所示，接着进行步骤3)，对所述深亚微米器件原型分别进行预设 剂量的辐射，并对经过辐射的深亚微米器件原型进行测试，以获得第二测试I_ds-V_gs曲线。在 具体的实施过程中，采用预设的辐射剂量率对所述深亚微米器件原型进行辐照，控制辐照时 间以达到所需的辐射总剂量。对所述经过辐射的器件原型进行I_ds-V_gs曲线的测试，以获得经 过辐射的深亚微米器件原型的第二测试I_ds-V_gs曲线组。

请参阅图1，S15～S16，最后进行步骤4)，根据所述第二测试I_ds-V_gs曲线，分别对所述深 亚微米器件模型的顶部区域及底部区域添加等效模拟电荷，并通过改变所述等效模拟电荷的 密度以获得与所述第二测试I_ds-V_gs曲线拟合的第二模拟I_ds-V_gs曲线，然后依据所述第二模拟 I_ds-V_gs曲线确定所述等效模拟电荷在所述深亚微米器件模型顶部区域及底部区域的作用，以 确定总剂量辐射效应在所述深亚微米器件原型顶部区域及底部区域的作用。其中，所述等效 模拟电荷在所述顶部区域均匀分布且所述等效模拟电荷在所述底部区域均匀分布，且在所述 顶部区域与底部区域可以添加不同的量级。具体地，通过对所述深亚微米器件模型的顶部区 域及底部区域添加等效模拟电荷获得与所述第二测试I_ds-V_gs曲线拟合的第二模拟I_ds-V_gs曲线， 获得此时在顶部区域及底部区域所添加的等效模拟电荷密度，就可以确定顶部区域及底部区 域中的等效模拟电荷对曲线的的影响及作用。由于所述深亚微米器件原型的总剂量辐射效应 是通过电荷积累的形式对器件产生影响的，并且辐射总剂量与器件积累的电荷具有严格的相 关性，因此，通过添加的模拟电量的密度可以准确的反映深亚微米器件总剂量辐射效应在器 件原型的顶部区域及底部区域的影响及作用。

请参阅图2a～图2b，如图所示，在本实施例中，所述的深亚微米器件原型为用于实现主 要功能电路的核心器件，图2a与图2b分别显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐 射效应的方法中核心器件原型与核心器件模型的I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。其中， 器件的长宽比为10um/0.18um，漏端电压为0.05V，ON偏置，Qf为添加等效模拟电荷总量， T代表顶部区域所添加的等效模拟电荷密度，D代表底部区域所添加的等效模拟电荷密度。 对所述核心器件采用的辐射剂量分别为100krad(Si)、200krad(Si)、250krad(Si)、300krad (Si)、400krad(Si)、500krad(Si)，获得该核心器件的原型I_ds-V_gs曲线组，如图2a所示， 从曲线中可知，当总剂量为100krad(Si)时，与辐照前曲线相比，I-V曲线没有发生明显变化， 说明该器件的总剂量耐受能力达到100krad(Si)。当总剂量为200krad(Si)时，器件漏电流达到 5×10^-10A；亚阈区几乎没有Hump效应。随着总剂量的增加，器件漏电流逐渐增加。对顶部 区域和底部区域添加相同密度的等效模拟电荷可获得与原型I_ds-V_gs曲线拟合的模拟I_ds-V_gs曲 线，如与辐射剂量为200krad(Si)的器件原型对应的等效模拟电荷为Qf＝T1.2e12+D1.2e12， 也就是顶部区域添加等效模拟电荷密度为1.2e12/cm²，底部区域添加等效模拟电荷密度为 1.2e12/cm²，由此可知，器件没有Hump效应时，顶部区域及底部区域添加相同密度的等效模 拟电荷。

请参阅图3a～图3b，所述的深亚微米器件原型为用于输入输出端口的输入输出器件，图 3a与图3b分别显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法中输入输出器 件原型与输入输出器件模型的I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。其中，器件的长宽比为 10um/0.35um，漏端电压为0.05V，ON偏置，Qf为添加等效模拟电荷总量，T代表顶部区域 所添加的等效模拟电荷密度，D代表底部区域所添加的等效模拟电荷密度。对所述核心器件 采用的辐射剂量分别为50krad(Si)、80krad(Si)、100krad(Si)、150krad(Si)、200krad (Si)、500krad(Si)，获得该输入输出器件的原型I_ds-V_gs曲线组，从曲线中可知，当总剂量 为50krad(Si)时，器件即出现Hump效应，漏电流增加不明显。当总剂量为80krad(Si)时， Hump效应更加明显，漏电流增加到4×10^-10A。随着总剂量增加，Hump效应越来越明显， 漏电流逐渐增加。当总剂量达到500kard(Si)时，漏电流增加幅度很大，达到5×10^-6A。在顶 部区域添加较大的等效模拟电荷，并在底部区域添加较小的等效模拟电荷密度可获得与原型 I_ds-V_gs曲线拟合的模拟I_ds-V_gs曲线，并且，Hump效应越明显顶部区域添加的等效模拟电荷密 度与底部区域的等效模拟电荷密度的差值越大，由此可知，器件出现Hump效应时，顶部区 域添加等效模拟电荷的密度大于底部区域添加等效模拟电荷的密度，且Hump效应越明显顶 部区域添加的等效模拟电荷密度与底部区域的等效模拟电荷密度的差值越大。

请参阅图1及图4a～图4b，所述的深亚微米器件原型为用于提供存储单元擦除及编程操 作的电压的高压器件，图4a与图4b分别显示为本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射 效应的方法中高压器件原型与高压器件模型的I_ds-V_gs曲线随总剂量变化曲线示意图。其中， 器件的长宽比为10um/0.8um，漏端电压为0.05V，ON偏置，Qf为添加等效模拟电荷总量， T代表顶部区域所添加的等效模拟电荷密度，D代表底部区域所添加的等效模拟电荷密度。 对所述核心器件采用的辐射剂量分别为5krad(Si)、10krad(Si)、20krad(Si)、40krad(Si)， 获得该高压器件的原型I_ds-V_gs曲线组，从曲线中可知，当总剂量为5krad(Si)时，器件即出现 Hump效应，漏电流增加不明显。当总剂量为10krad(Si)时，Hump效应更加明显。随着总剂 量增加，Hump效应越来越明显，漏电流逐渐增加。当总剂量达到40kard(Si)时，漏电流增加 幅度很大，达到3×10^-7A。在顶部区域添加较大的等效模拟电荷，并在底部区域添加较小的 等效模拟电荷密度可获得与原型I_ds-V_gs曲线拟合的模拟I_ds-V_gs曲线，并且，Hump效应越明 显顶部区域添加的等效模拟电荷密度与底部区域的等效模拟电荷密度的差值越大，由此可知， 器件出现Hump效应时，顶部区域添加等效模拟电荷的密度大于底部区域添加等效模拟电荷 的密度，且Hump效应越明显顶部区域添加的等效模拟电荷密度与底部区域的等效模拟电荷 密度的差值越大。

通过模拟结果可知：核心器件没有明显的Hump效应，浅沟槽隔离氧化物顶部和底部引 入的陷阱电荷数量一致；输入输出器件Hump效应明显，浅沟槽隔离氧化物顶部引入的电荷 数量比底部数量较大，这说明Hump效应主要是由于隔离氧化物顶部陷阱电荷造成的；高压 器件的衬底浓度较低，对总剂量较为敏感，引入较小数量陷阱电荷即可拟合曲线。高压器件 的Hump效应明显，同样浅沟槽隔离氧化物顶部引入的电荷数量比底部大。以上述结果为依 据，可以选择针对总剂量辐射效应的对器件不同区域的不同作用制定加固方案，以达到良好 的抗总剂量辐射效应加固的效果，例如，根据以上步骤可知，若需要减小深亚微米器件的辐 射诱生关态漏电流的增加，可以适当提高沿着其浅沟道隔离槽底部区域的衬底浓度。

综上所述，本发明的用于分析深亚微米器件总剂量辐射效应的方法，依据具有浅沟道隔 离槽结构的深亚微米器件原型的测试数据初步构建器件模型，依据衬底掺杂浓度分布把所述 器件模型的浅沟道隔离槽定位出顶部区域与底部区域，并依据经过辐射后器件的测试数据对 所述顶部区域及底部区域添加不同的等效模拟电荷获得与测试数据拟合的模拟数据，以确定 所述等效模拟电荷在所述深亚微米器件模型顶部区域及底部区域的作用，从而确定总剂量辐 射效应在所述深亚微米器件原型顶部区域及底部区域的作用。本方法步骤简单，能较准确的 模拟深亚微米器件总剂量辐射效应，并能反应总剂量辐射效应对器件不同部位的影响，为器 件的抗总剂量辐射效应的加固提供可靠的依据。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。