[發明專利]一種抗輻射加固SOI材料的總劑量輻射性能評估方法

在審

• 申請號: 202011266943.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112379240A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 鄭齊文;崔江維;余學峰;李豫東;郭旗
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 張莉

本發明涉及一種抗輻射加固SOI材料的總劑量輻射性能評估方法，該方法采用基于商用SOI材料和加固SOI材料制作的晶體管作為試驗樣品；對基于商用材料和加固材料的試驗樣品開展相同條件下的總劑量輻照試驗，提取輻射在氧化物埋層中引入的氧化物陷阱電荷密度；對加固材料制作的晶體管，開展熱載流子注入試驗，提取熱載流子應力在氧化物埋層中引入的電子陷阱電荷密度；基于以上三種陷阱電荷密度，獲得加固材料氧化物埋層的電子陷阱俘獲系數。通過該俘獲系數與熱載流子應力試驗，即可獲得加固SOI材料的抗輻射性能。該方法的優勢在于，通過少量輻照試驗結合熱載流子應力試驗，即可快速獲得同一批次加固SOI材料的抗總劑量輻射能力。

技術領域

本發明涉及半導體材料和器件特殊環境應用的效應評估技術領域，具體涉及一種抗輻射加固SOI材料的總劑量輻射性能評估方法，屬于微電子測試技術領域、抗輻射技術領域。

背景技術

SOI，即絕緣體上硅，是一種在絕緣二氧化硅襯底上的薄層硅制作硅器件的工藝技術。由于氧化物埋層的存在，SOI CMOS器件具有優異的抗單粒子和瞬時輻射能力。同時，全介質隔離使其避免了體硅CMOS器件的閂鎖效應。因而，具有良好的輻射環境應用前景。但也同樣是由于氧化物埋層的存在，其抗總劑量輻射能力相對較差。針對SOI材料氧化物埋層的加固，能夠大大提高SOI器件的總劑量輻射性能。然而，如何低成本、快速、準確評價加固SOI材料的抗總劑量輻射性能成為必須解決的問題。建立的評估方法，一方面應避免對所有器件開展總劑量輻照試驗，從而節省經濟和時間成本；另一方面，應能夠考慮到器件之間的差異。這就需要設計全新的試驗評估方法。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種抗輻射加固SOI材料的總劑量輻射性能評估方法。該方法采用基于商用SOI材料和加固SOI材料制作的晶體管作為試驗樣品；對基于商用材料和加固材料的試驗樣品開展相同條件下的總劑量輻照試驗，總劑量輻照偏置條件為背柵晶體管最劣偏置條件，通過建立閾值電壓漂移量與氧化物陷阱電荷之間的關系來獲得輻射在SOI材料氧化物埋層中引入的氧化物陷阱電荷密度；考慮到高劑量率短時間輻照在SOI材料氧化物埋層中引入的氧化物陷阱電荷的作用遠遠大于界面態的作用，因此可以忽略界面態的作用；對加固材料制作的晶體管，開展熱載流子注入試驗，通過建立閾值電壓漂移量與電子陷阱電荷之間的關系來獲得熱載流子應力在氧化物埋層中引入的電子陷阱電荷密度；基于商用SOI材料、加固SOI材料中的氧化物陷阱電荷密度，以及加固SOI材料中的電子陷阱電荷密度，可以獲得加固SOI材料氧化物埋層的電子陷阱俘獲系數；對同一批次未輻照的加固材料晶體管開展熱載流子應力試驗，獲得電子陷阱電荷密度，結合已有的電子陷阱電荷俘獲系數，獲得未輻照加固材料晶體管在總劑量輻照后的背柵晶體管閾值電壓漂移量，從而預估加固材料的總劑量輻射性能。該方法的優勢在于，僅需對少量試驗樣品開展輻照試驗，即可快速獲得同一批次加固SOI材料器件的抗總劑量輻射能力。

本發明所述的一種抗輻射加固SOI材料的總劑量性能評估方法，按下列步驟進行：

a、采用基于商用SOI材料和加固SOI材料采用同一版圖制作的晶體管作為試驗樣品；

b、對基于商用材料和加固材料的晶體管開展相同條件下的總劑量輻照試驗，提取輻射在氧化物埋層中引入的氧化物陷阱電荷密度；

總劑量輻照試驗中采用背柵晶體管最劣輻照偏置，通過建立背柵晶體管閾值電壓漂移量與輻射感生陷阱電荷關系來提取氧化物陷阱電荷密度，公式(1)：

其中，ΔV_TB為輻射引起的背柵晶體管閾值電壓漂移量，T_BOX為SOI材料的氧化物埋層厚度，q為單位電荷，ε_OX為SOI材料氧化物埋層的介電常數，ΔN_OX，BOX為輻射在SOI材料氧化物埋層中引入的氧化物陷阱電荷密度；

c、對加固材料制作的晶體管，開展熱載流子注入試驗，提取熱載流子應力在氧化物埋層中引入的電子陷阱電荷密度；