專利名稱：Coms器件輻照位移損傷區(qū)在溝道相對位置的估算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輻照位移損傷位置的估算方法，具體涉及一種CMOS器件輻照位移損傷區(qū)在溝道的相對位置的估算方法。
背景技術：
隨著集成電路技術在航天領域中的廣泛應用，宇宙和外層空間中存在著的大量宇宙射線對集成電路的輻照效應會導致電子元器件以及電路特性退化。輻照效應已成為空間元器件失效的主要原因。研究在空間環(huán)境和核爆炸輻照環(huán)境下工作的深亞微米集成電路的輻照效應對抗輻照集成電路的發(fā)展有重大意義。高能粒子與半導體材料相互作用，會在半導體材料中產生位移損傷，對于很高的離子通量，一些分離的級聯(lián)損傷重疊會產生一個重的損傷區(qū)，進而嚴重的影響器件特性。隨著半導體產業(yè)的不斷發(fā)展，高能離子子對半導體器件特性的影響隨著半導體特征尺寸的減小而進一步惡化。建立單個半導體器件的輻照模型即可仿真出重離子輻照對器件性能造成的損傷，將單個器件的輻照模型嵌入到電路仿真中，即可預測集成電路的輻照響應。因此建立半導體器件的輻照模型，大大降低了實驗成本，縮短了實驗周期，對宇宙空間重粒子輻照效應及抗輻照加固器件和抗輻照加固電路的研究顯得尤為重要。對于現(xiàn)在目前廣泛應用的 CMOS器件，隨著器件尺寸的不斷縮小，柵氧化層也不斷減薄，輻照在柵氧化層中電離效應對集成電路的影響在減弱，當柵氧化層厚度小于IOnm時，柵氧化層的電離輻照效應對器件造成的影響可以忽略。但是CMOS器件的工作機制主要是依賴于表面反型層形成的導電通道， 重離子子在溝道區(qū)造成的損傷會嚴重影響到CMOS器件的靜態(tài)和瞬態(tài)特性以及會帶來嚴重的可靠性問題等。目前，由于重離子入射位置的不確定性，確定重離子輻照引入位移損傷區(qū)在溝道區(qū)的相對位置始終是一個國際性難題。因此研究位移損傷區(qū)在溝道相對位置的確定，對建立CMOS器件輻照模型和研究抗輻照加固CMOS器件及探究輻照后CMOS器件的可靠性問題都有重要價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種CMOS器件輻照位移損傷區(qū)在溝道的相對位置的估算方法。本發(fā)明利用測量CMOS器件的高頻特性(即散射參數)，提取出CMOS器件的本征電容，通過輻照前后CMOS器件本征電容的變化來表征溝道中電勢的變化，進而初步確定重粒子輻照產生位移損傷區(qū)在溝道中的相對位置。將CMOS器件的溝道平均分為兩部分，靠近源端的部分為區(qū)域I，靠近漏端的部分為區(qū)域II。輻照后與輻照前相比，若柵源電容減小，而柵漏電容增大，則輻照位移損傷區(qū)在區(qū)域I，若柵源電容增大，而柵漏電容減小，則輻照位移損傷區(qū)在區(qū)域II。根據本發(fā)明的估算方法來判斷輻照位移損傷區(qū)在溝道相對位置的具體步驟如下
1)測量輻照前直流特性，得到COMS器件的轉移特性曲線，2)采用恒定電流法，在1)中已得的轉移特性曲線中確定閾值電壓，3)設定測量S參數的偏置電壓為NMOS器件的柵源電壓Vgs與閾值電壓Vth的差值滿足Vgs彡Vth, PMOS器件的柵源電壓Vgs與閾值電壓Vth的差值滿足Vgs ^ Vth，通過網絡分析儀為CMOS器件提供交流信號，半導體參數儀為CMOS器件提供直流偏置，測量輻照前散射參數，即S參數，4)提取輻照前電容將去嵌后的S參數轉化為Y參數，柵源電容Cgs和柵漏電容 Cgd滿足下式Cgg = Im (Y11)/ωCgd = I Im(Y12)/ωCgs = Cgg-Cgd其中，ω = 2 π f，為網絡分析儀1的交流信號的掃描頻率，5)測量輻照后直流參數及提取輻照后閾值電壓，測量及提取方法同步驟1)與步驟2)，6)測量輻照后S參數及提取輻照后電容參數，測量及提取方法同步驟3和4)，7)若提取到的輻照后的柵源電容減小而柵漏電容增大，則判斷出位移損傷區(qū)在區(qū)域I，若輻照后的柵源電容增大而柵漏電容減小，則判斷出位移損傷區(qū)在區(qū)域II。本發(fā)明提出的判斷輻照產生位移損傷區(qū)在溝道中的相對位置的方法不需要將輻照后的實驗樣品進行化學腐蝕并通過電子掃描顯微鏡(SEM)進行掃描成像監(jiān)測損傷區(qū)，也不需要通過歸類CMOS器件輻照前后直流特性退化來推測位移損傷區(qū)的位置。本發(fā)明針對 CMOS器件，通過輻照前后本征電容的變化去表征輻照產生位移損傷區(qū)在溝道中的相對位置，方法簡單，容易操作，為確定輻照位移損傷區(qū)在CMOS器件位置提供了一種思路，對單粒子研究和單粒子建模以及集成電路加固都有重大意義。


圖1為CMOS器件偏置在線性區(qū)時溝道分布的示意圖；圖2為CMOS器件偏置在飽和區(qū)時溝道分布的示意圖；圖3(a)為CMOS器件的溝道的兩個區(qū)域的劃分的示意圖，圖3(b)為其等效電阻的示意圖；圖4 (a)為位移損傷區(qū)在CMOS器件靠近源端處的示意圖；圖4 (b)為CMOS器件偏置在線性區(qū)時輻照前后電容的變化的示意圖；圖4(c)為CMOS器件偏置在飽和區(qū)時輻照前后的電容的變化的示意圖；圖5 (a)為位移損傷區(qū)在CMOS器件靠近漏端處的示意圖；圖5 (b)為CMOS器件偏置在線性區(qū)時輻照前后電容的變化的示意圖；圖5(c)為CMOS器件偏置在飽和區(qū)時輻照前后的電容的變化的示意圖；圖6為測量S參數的示意圖；圖7 (a)為位移損傷區(qū)在CMOS器件靠近源端處的直流特性退化的示意圖；圖7 (b) 為提取出的輻照前后的柵源電容和柵漏電容的變化的示意圖；圖8 (a)為位移損傷區(qū)在CMOS器件靠近漏端處的直流特性退化的示意圖，圖8 (b)為提取出的輻照前后的柵源電容和柵漏電容的變化的示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。CMOS器件本征電容即為柵至溝道的電容，它的大小以及它在柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd和柵體電容Cgb這三部分的劃分取決于工作區(qū)域和端口電壓。當CMOS器件處于截止區(qū)時，柵下沒有任何溝道存在，這時柵源電容和柵漏電容為0 ；當器件處于強反型區(qū)時， 柵與體之間被溝道所屏蔽，柵體電容可忽略。柵源電容或柵漏電容可以理解為源端或漏端電勢相對于柵端電勢變化引起的柵電極電荷變化，柵源電容和柵漏電容的大小對溝道中電勢的變化十分敏感，因此本發(fā)明中采用柵源電容和柵漏電容的輻照前后的變化來大致確定輻照位移損傷區(qū)在溝道的相對位置。圖1和圖2所示的CMOS器件分別處于線性區(qū)和飽和區(qū)，柵體電容近似為0。如圖 3所示，將溝道平均分為兩部分，區(qū)域I和區(qū)域II，靠近源端的部分為區(qū)域I，等效電阻為R1 ； 靠近漏端的部分為區(qū)域II，等效電阻為! 。柵源電容和柵漏電容如方程(1)和( 所示， 是溝道電勢分布的函數。
權利要求
1.一種輻照位移損傷位置的估算方法，用于確定CMOS器件輻照位移損傷區(qū)在溝道的相對位置，其特征在于，將所述CMOS器件的溝道平均分為兩部分，靠近源端的部分為區(qū)域 I，靠近漏端的部分為區(qū)域II，比較輻照前后所述CMOS器件的柵源電容和柵漏電容大小的變化，若輻照后與輻照前相比，柵源電容減小，而柵漏電容增大，則輻照位移損傷區(qū)在區(qū)域 I，若柵源電容增大，而柵漏電容減小，則輻照位移損傷區(qū)在區(qū)域II。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，具體步驟如下1)測量輻照前的散射參數，即S參數；2)將去嵌后的S參數轉化為Y參數，從下式得到柵源電容Cgs和柵漏電容CgdCgg = Im (Y11)/ωCgd = I Im(Y12)/ωCgs = Cgg-Cgd其中，ω =2Jif，為網絡分析儀的交流信號的掃描頻率；3)測量輻照后的S參數；4)提取輻照后的柵源電容Cgs和柵漏電容Cgd，方法同步驟2)；5)若提取到的輻照后的柵源電容減小而柵漏電容增大，則判斷出位移損傷區(qū)在區(qū)域 I，若輻照后的柵源電容增大而柵漏電容減小，則判斷出位移損傷區(qū)在區(qū)域II。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1)和步驟3)的具體測量方法包括通過網絡分析儀為CMOS器件提供交流信號，半導體參數儀為CMOS器件提供直流偏置，測得S 參數。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，設定直流偏置的步驟為1)測量輻照前的直流特性，得到CMOS器件的線性轉移特性曲線；；2)采用恒定電流法，在1)中已得到的轉移特性曲線中確定閾值電壓Vth;3)輻照前、后NMOS器件的直流偏置設為柵源電壓Vgs與閾值電壓Vth的差值滿足 Vgs ^ Vth, PMOS器件的直流偏置設為柵源電壓Vgs與閾值電壓Vth的差值滿足Vgs ( Vth0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS器件輻照位移損傷區(qū)在溝道的相對位置的估算方法。將CMOS器件的溝道平均分為兩部分，靠近源端的部分為區(qū)域I，靠近漏端的部分為區(qū)域II。輻照后與輻照前相比，若柵源電容減小，而柵漏電容增大，則輻照位移損傷區(qū)在區(qū)域I，若柵源電容增大，而柵漏電容減小，則輻照位移損傷區(qū)在區(qū)域II。本發(fā)明針對CMOS器件，通過輻照前后本征電容的變化去表征輻照產生位移損傷區(qū)在溝道中的相對位置，方法簡單，容易操作，為確定輻照位移損傷區(qū)在CMOS器件位置提供了一種思路，對單粒子研究和單粒子建模以及集成電路加固都有重大意義。
文檔編號G01B7/00GK102278935SQ20111010319
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權日2011年4月25日
發(fā)明者安霞, 張興, 譚斐, 黃如 申請人:北京大學