一种抗辐射加固SOI材料的总剂量辐射性能评估方法

摘要

本发明涉及一种抗辐射加固SOI材料的总剂量辐射性能评估方法，该方法采用基于商用SOI材料和加固SOI材料制作的晶体管作为试验样品；对基于商用材料和加固材料的试验样品开展相同条件下的总剂量辐照试验，提取辐射在氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷密度；对加固材料制作的晶体管，开展热载流子注入试验，提取热载流子应力在氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度；基于以上三种陷阱电荷密度，获得加固材料氧化物埋层的电子陷阱俘获系数。通过该俘获系数与热载流子应力试验，即可获得加固SOI材料的抗辐射性能。该方法的优势在于，通过少量辐照试验结合热载流子应力试验，即可快速获得同一批次加固SOI材料的抗总剂量辐射能力。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料和器件特殊环境应用的效应评估技术领域，具体涉及一种抗辐射加固SOI材料的总剂量辐射性能评估方法，属于微电子测试技术领域、抗辐射技术领域。

背景技术

SOI，即绝缘体上硅，是一种在绝缘二氧化硅衬底上的薄层硅制作硅器件的工艺技术。由于氧化物埋层的存在，SOI CMOS器件具有优异的抗单粒子和瞬时辐射能力。同时，全介质隔离使其避免了体硅CMOS器件的闩锁效应。因而，具有良好的辐射环境应用前景。但也同样是由于氧化物埋层的存在，其抗总剂量辐射能力相对较差。针对SOI材料氧化物埋层的加固，能够大大提高SOI器件的总剂量辐射性能。然而，如何低成本、快速、准确评价加固SOI材料的抗总剂量辐射性能成为必须解决的问题。建立的评估方法，一方面应避免对所有器件开展总剂量辐照试验，从而节省经济和时间成本；另一方面，应能够考虑到器件之间的差异。这就需要设计全新的试验评估方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种抗辐射加固SOI材料的总剂量辐射性能评估方法。该方法采用基于商用SOI材料和加固SOI材料制作的晶体管作为试验样品；对基于商用材料和加固材料的试验样品开展相同条件下的总剂量辐照试验，总剂量辐照偏置条件为背栅晶体管最劣偏置条件，通过建立阈值电压漂移量与氧化物陷阱电荷之间的关系来获得辐射在SOI材料氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷密度；考虑到高剂量率短时间辐照在SOI材料氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷的作用远远大于界面态的作用，因此可以忽略界面态的作用；对加固材料制作的晶体管，开展热载流子注入试验，通过建立阈值电压漂移量与电子陷阱电荷之间的关系来获得热载流子应力在氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度；基于商用SOI材料、加固SOI材料中的氧化物陷阱电荷密度，以及加固SOI材料中的电子陷阱电荷密度，可以获得加固SOI材料氧化物埋层的电子陷阱俘获系数；对同一批次未辐照的加固材料晶体管开展热载流子应力试验，获得电子陷阱电荷密度，结合已有的电子陷阱电荷俘获系数，获得未辐照加固材料晶体管在总剂量辐照后的背栅晶体管阈值电压漂移量，从而预估加固材料的总剂量辐射性能。该方法的优势在于，仅需对少量试验样品开展辐照试验，即可快速获得同一批次加固SOI材料器件的抗总剂量辐射能力。

本发明所述的一种抗辐射加固SOI材料的总剂量性能评估方法，按下列步骤进行：

a、采用基于商用SOI材料和加固SOI材料采用同一版图制作的晶体管作为试验样品；

b、对基于商用材料和加固材料的晶体管开展相同条件下的总剂量辐照试验，提取辐射在氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷密度；

总剂量辐照试验中采用背栅晶体管最劣辐照偏置，通过建立背栅晶体管阈值电压漂移量与辐射感生陷阱电荷关系来提取氧化物陷阱电荷密度，公式(1)：

其中，ΔV

c、对加固材料制作的晶体管，开展热载流子注入试验，提取热载流子应力在氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度；

建立热载流子应力导致的背栅晶体管阈值电压漂移量与电子陷阱电荷的关系，提取电子陷阱电荷密度，公式(2)：

其中，ΔV

d、基于三种陷阱电荷密度，获得加固材料氧化物埋层的电子陷阱俘获系数，通过加固材料氧化物埋层的电子陷阱电荷俘获系数与热载流子应力试验，通过以下公式计算加固材料氧化物埋层的电子陷阱俘获系数α：公式(3)

ΔN

其中ΔN

本发明所述的一种抗辐射加固SOI材料的总剂量辐射性能评估方法，该方法中：

a、采用基于商用SOI材料和加固SOI材料采用同一版图制作的晶体管作为试验样品：

b、对基于商用材料和加固试验样品开展相同条件下的总剂量辐照试验，提取辐射在氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷密度：

第一步，对采用商用SOI材料制作的晶体管开展总剂量辐照试验，辐照偏置为背栅晶体管最劣辐照偏置，在辐照试验前后测试试验样品的转移特性曲线，使用固定电流法，提取规定总剂量辐照后的阈值电压变化值，利用公式(1)，提取总剂量辐照在商用材料氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷密度；

其中，ΔV

第二步，对采用加固材料制作的晶体管开展与商用材料晶体管相同条件下的总剂量辐照试验，采用同样的方法提取总剂量辐照在加固材料氧化物埋层中引入得氧化物陷阱电荷密度；

c、对加固材料制作的晶体管，开展热载流子注入试验，提取热载流子应力在氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度：

对加固材料背栅晶体管开展热载流子应力试验，在应力试验前后测试背栅晶体管的转移特性曲线，使用固定电流法提取阈值电压漂移量，通过公式(2)，提取热载流子应力在加固材料氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度；

其中，ΔV

d、基于三种陷阱电荷密度，获得加固材料氧化物埋层的电子陷阱俘获系数，通过该俘获系数与热载流子应力试验，获得加固材料的抗辐射性能：

第一步，通过公式(3)，获得加固材料氧化物埋层的电子陷阱电荷俘获系数α；

ΔN

其中ΔN

第二步，对本批次其他加固材料晶体管开展步骤c中的热载流子应力试验，获得热载流子应力在加固材料氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度；

第三步，通过公式(3)获得总剂量辐照后氧化物埋层引入的氧化物陷阱电荷ΔN

本发明所述的一种抗辐射加固SOI材料的总剂量辐射性能评估方法，与现有技术相比其优点为：

该方法的优势在于，通过少量辐照试验结合热载流子应力试验，即可快速获得同一批次加固SOI材料的抗总剂量辐射能力。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为总剂量辐照前后商用SOI材料晶体管的背栅转移特性曲线图；

图3为总剂量辐照前后加固SOI材料晶体管的背栅特性转移曲线图；

图4为热载流子应力前后加固SOI材料晶体管的转移特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例

本发明所述的一种抗辐射加固SOI材料的总剂量辐射性能评估方法，具体操作按图1所列步骤进行：

a、采用基于商用SOI材料和加固SOI材料制作的晶体管作为试验样品：

对商用SOI材料和加固SOI材料，采用同一版图制作晶体管，取其中的1只商用材料晶体管，2只加固材料晶体管作为试验样品，分别标记为1#、2#、3#试验样品；

b、对基于商用材料和加固试验样品开展相同条件下的总剂量辐照试验，提取辐射在氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷密度：

第一步，对1#晶体管开展传输态偏置下的总剂量辐照试验，总剂量为100krad(Si)，总剂量辐照前后测试1#器件的转移特性曲线，如图2所示，通过固定电流法提取1#器件阈值电压漂移量，可以得到ΔV

获得总剂量辐照在1#晶体管氧化物埋层中引入的氧化物陷阱电荷密度ΔN

第二步，对2#晶体管开展与1#晶体管相同条件下的总剂量辐照试验，获得2#器件总剂量辐照前后的转移特性曲线，如图3所示；通过固定电流法提取2#器件阈值电压漂移量，可以得到ΔV

c、对加固材料制作的晶体管，开展热载流子注入试验，提取热载流子应力在氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度：

对3#晶体管开展热载流子应力试验，在应力试验前后测试背栅晶体管转移特性曲线，如图4所示；使用固定电流法获得热载流子应力导致的阈值电压漂移量ΔV

获得热载流子应力在3#晶体管氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度ΔN

d、基于三种陷阱电荷密度，获得加固材料氧化物埋层的电子陷阱俘获系数，通过加固材料氧化物埋层的电子陷阱电荷俘获系数与热载流子应力试验，即可获得加固材料的抗辐射性能：

第一步，通过公式(3)：

ΔN

获得加固材料氧化物埋层的电子陷阱电荷俘获系数α＝0.89；

第二步，对本批次加固材料的其他晶体管开展步骤c中的热载流子应力试验，获得热载流子应力在其氧化物埋层中引入的电子陷阱电荷密度；

第三步，通过公式获得100krad(Si)总剂量辐照在其他晶体管氧化物埋层引入的氧化物陷阱电荷，进而获得总剂量辐照后导致的背栅晶体管阈值电压漂移量，从而评估其抗辐射性能。