專利名稱：一種用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法
技術領域：
本發明涉及一種器件的建模方法，特別是涉及一種用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法。
背景技術：
電離輻射總劑量效應是指電子元器件或系統長期處于輻射環境下，在絕緣層(主要是氧化層)累積形成氧化物陷阱電荷和界面態電荷的現象。這種累積效應會引起半導體器件性能的退化。MOS器件總劑量輻照后性能退化，主要表現為閾值電壓漂移和關態漏電流的增加。閾值電壓的漂移主要是由于柵氧化層中陷阱電荷導致的；關態漏電流的增加主要由于隔離氧化物陷阱電荷導致的。深亞微米器件柵氧很薄(幾個nm)，對總劑量輻照不敏感。總劑量輻照引起深亞微米器件關態漏電流的增加主要是由于淺溝槽隔離氧化物中陷阱電荷造成的。這種關態漏電流會增加集成電路的功耗，并且對集成電路的可靠性造成較大的負面影響，成為現階段有待解決的一個重要的問題。
對深亞微米器件進行抗總劑量輻射效應的加固是現在解決上述問題的一個主要手段，然而，總輻射劑量效應在深亞微米器件不同區域中的作用往往有較大的差別，簡單的采用單一的手段進行器件的加固往往也達不到理想的效果。因此，如果能現獲知總輻射劑量效應在深亞微米器件不同區域中的具體作用效果，對抗總劑量總輻射劑量效應的加固會有很大的推動作用。發明內容
鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，以獲得總輻射劑量效應在深亞微米器件不同區域中的具體作用效果，為抗總劑量總輻射劑量效應的加固提供可靠的依據。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，所述方法至少包括以下步驟
1)提供一具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件原型，并對所述深亞微米器件原型進行測試獲得第一測試Ids-Vgs曲線，根據所述深亞微米器件原型的工藝參數初步建立具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件模型，并獲得第一模擬Ids-Vgs曲線，然后通過改變預設參數擬合所述第一測試Ids-Vgs曲線與第一模擬Ids-Vgs曲線，以確定所述深亞微米器件模型的預設參數值；
2)依據襯底摻雜濃度分布數據把所述深亞微米器件模型的淺溝道隔離槽分別定義出頂部區域及底部區域，以獲得最終的深亞微米器件模型；
3)對所述深亞微米器件原型分別進行預設劑量的輻射，并對經過輻射的深亞微米器件原型進行測試，以獲得第二測試Ids-Vgs曲線；
4)根據所述第二測試Ids-Vgs曲線，分別對所述深亞微米器件模型的頂部區域及底部區域添加等效模擬電荷，并通過改變所述等效模擬電荷的密度以獲得與所述第二測試Ids-Vgs曲線擬合的第二模擬Ids-Vgs曲線，然后依據所述第二模擬Ids-Vgs曲線確定所述等效模擬電荷在所述深亞微米器件模型頂部區域及底部區域的作用，以確定總劑量輻射效應在所述深亞微米器件原型頂部區域及底部區域的作用。
在本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中，所述深亞微米器件模型采用Silvaco模擬軟件進行建造。選用的模型包括用于描述載流子傳輸的傳統漂移擴散模型、用于描述產生-復合的SRH模型以及描述速度飽和效應的FLDMOB模型。
在本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中，所述深亞微米器件模型的淺溝道隔離槽的上表面至下表面的距離為390nm，所述頂部區域為所述上表面至距離所述上表面30nm的平面之間的區域，所述底部區域為距離所述上表面30nm的平面至所述下表面之間的區域。
在本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中，所述等效模擬電荷在所述頂部區域均勻分布且所述等效模擬電荷在所述底部區域均勻分布。
在本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中，所述的深亞微米器件原型為用于實現主要功能電路的核心器件、用于輸入輸出端口的輸入輸出器件以及用于提供存儲單元擦除及編程操作的電壓的高壓器件。
如上所述，本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，具有以下有益效果本方法依據具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件原型的測試數據初步構建器件模型，依據襯底摻雜濃度分布把所述器件模型的淺溝道隔離槽定位出頂部區域與底部區域，并依據經過輻射后器件的測試數據對所述頂部區域及底部區域添加不同的等效模擬電荷獲得與測試數據擬合的模擬數據，以確定所述等效模擬電荷在所述深亞微米器件模型頂部區域及底部區域的作用，從而確定總劑量輻射效應在所述深亞微米器件原型頂部區域及底部區域的作用。本方法步驟簡單，能較準確的模擬深亞微米器件總劑量輻射效應，并能反應總劑量輻射效應對器件不同部位的影響，為器件的抗總劑量輻射效應的加固提供可靠的依據。
圖1顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法的流程示意圖。
圖加顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中核心器件原型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。
圖2b顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中核心器件模型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。
圖3a顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中輸入輸出器件原型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。
圖北顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中輸入輸出器件模型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。
圖如顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中高壓器件原型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。
圖4b顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中高壓器件模型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1至圖4b。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。請參閱圖1 圖2b，如圖所示，本發明提供一種用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，所述方法至少包括以下步驟請參閱圖1，Sll S12，首先進行步驟1)，提供一具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件原型，并對所述深亞微米器件原型進行測試獲得第一測試Ids-Vgs曲線，根據所述深亞微米器件原型的工藝參數初步建立具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件模型，并獲得第一模擬Ids-Vgs曲線，然后通過改變預設參數擬合所述第一測試Ids-Vgs曲線與第一模擬 Ids-Vgs曲線，以確定所述深亞微米器件模型的預設參數值。在本實施例中，所述深亞微米器件原型采用0. 18μπι嵌入式閃存工藝制備，均為雙列直插陶瓷封裝。隔離方式為淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)，采用高密度等離子體(High density plasma,HDP)沉積制備而成。STI結構為overfilled結構，傾斜角度為87°。在具體的實施過程中，所述深亞微米器件原型采用ON偏置，即柵極接VDD， 其余各端接地。測試曲線為轉移特性曲線，漏端電壓為0. 05V,源端和襯底接地，柵端掃描電壓為0. 5V VDD。在建造深亞微米器件模型的過程中，首先構建兩邊的STI結構及溝道區域，然后根據所述STI結構及溝道區域的位置形成包括源區、溝道區及漏區的有源區襯底， 最后定義出源極、漏極、柵氧化層及柵極。其它詳細工藝參數，如襯底摻雜濃度分布數據，可從所述深亞微米器件原型的具體制造過程獲得。輻射誘生的電荷主要分布在STI側壁，形成源極至漏極的漏電路徑。在本實施例中，所述建模方法采用Silvaco模擬軟件進行模擬。 選用的模型包括用于描述載流子傳輸的傳統漂移擴散模型、用于描述產生-復合的SRH模型以及描述速度飽和效應的FLDMOB模型。初步建立模型后，通過對第一測試Ids-Vgs曲線與第一模擬Ids-Vgs曲線的擬合，可以確定模型所需的預設參數值，并根據此預設參數值定義更接近實際器件的器件模型。請參閱圖1，S13，如圖所示，然后進行步驟幻，依據襯底摻雜濃度分布數據把所述深亞微米器件模型的淺溝道隔離槽分別定義出頂部區域及底部區域，以獲得最終的深亞微米器件模型；其中，所述襯底摻雜濃度分布數據為深亞微米器件原型的固有參數，可從具體的制造過程中獲取。需要說明的是，深亞微米器件普遍采用倒退阱(retrograde well)，頂部區域定義為襯底摻雜濃度峰值的1/2位置。在本實施例中，所述深亞微米器件模型的淺溝道隔離槽的上表面至下表面的距離為390nm，襯底摻雜濃度峰值位置為沿淺溝槽隔離氧化物側壁60nm處，因此，定義所述頂部區域為所述上表面至距離所述上表面30nm的平面之間的區域，定義所述底部區域為距離所述上表面30nm的平面至所述下表面之間的區域。
請參閱圖1，S14，如圖所示，接著進行步驟幻，對所述深亞微米器件原型分別進行預設劑量的輻射，并對經過輻射的深亞微米器件原型進行測試，以獲得第二測試Ids-Vgs曲線。在具體的實施過程中，采用預設的輻射劑量率對所述深亞微米器件原型進行輻照，控制輻照時間以達到所需的輻射總劑量。對所述經過輻射的器件原型進行Ids-Vgs曲線的測試， 以獲得經過輻射的深亞微米器件原型的第二測試Ids-Vgs曲線組。
請參閱圖1，S15 S16，最后進行步驟4)，根據所述第二測試Ids-Vgs曲線，分別對所述深亞微米器件模型的頂部區域及底部區域添加等效模擬電荷，并通過改變所述等效模擬電荷的密度以獲得與所述第二測試Ids-Vgs曲線擬合的第二模擬Ids-Vgs曲線，然后依據所述第二模擬Ids-Vgs曲線確定所述等效模擬電荷在所述深亞微米器件模型頂部區域及底部區域的作用，以確定總劑量輻射效應在所述深亞微米器件原型頂部區域及底部區域的作用。其中，所述等效模擬電荷在所述頂部區域均勻分布且所述等效模擬電荷在所述底部區域均勻分布，且在所述頂部區域與底部區域可以添加不同的量級。具體地，通過對所述深亞微米器件模型的頂部區域及底部區域添加等效模擬電荷獲得與所述第二測試Ids-Vgs曲線擬合的第二模擬Ids-Vgs曲線，獲得此時在頂部區域及底部區域所添加的等效模擬電荷密度，就可以確定頂部區域及底部區域中的等效模擬電荷對曲線的的影響及作用。由于所述深亞微米器件原型的總劑量輻射效應是通過電荷積累的形式對器件產生影響的，并且輻射總劑量與器件積累的電荷具有嚴格的相關性，因此，通過添加的模擬電量的密度可以準確的反映深亞微米器件總劑量輻射效應在器件原型的頂部區域及底部區域的影響及作用。
請參閱圖加 圖2b，如圖所示，在本實施例中，所述的深亞微米器件原型為用于實現主要功能電路的核心器件，圖加與圖2b分別顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中核心器件原型與核心器件模型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。其中，器件的長寬比為10um/0. 18um，漏端電壓為0. 05V，ON偏置，Qf為添加等效模擬電荷總量，T代表頂部區域所添加的等效模擬電荷密度，D代表底部區域所添加的等效模擬電荷密度。對所述核心器件采用的輻射劑量分別為IOOkrad(Si)、200krad (Si)、 250krad(Si)、300krad(Si)、400krad(Si)、500krad(Si)，獲得該核心器件的原型 Ids-Vgs 曲線組，如圖加所示，從曲線中可知，當總劑量為IOOkrad(Si)時，與輻照前曲線相比，I-V 曲線沒有發生明顯變化，說明該器件的總劑量耐受能力達到IOOkrad(Si)。當總劑量為 200krad(Si)時，器件漏電流達到5X 10_、；亞閾區幾乎沒有Hump效應。隨著總劑量的增加，器件漏電流逐漸增加。對頂部區域和底部區域添加相同密度的等效模擬電荷可獲得與原型Ids-Vgs曲線擬合的模擬Ids-Vgs曲線，如與輻射劑量為200krad(Si)的器件原型對應的等效模擬電荷為Qf = Tl. 2el2+Dl. 2el2,也就是頂部區域添加等效模擬電荷密度為 1. &12/cm2，底部區域添加等效模擬電荷密度為1. 2el2/cm2,由此可知，器件沒有Hump效應時，頂部區域及底部區域添加相同密度的等效模擬電荷。
請參閱圖3a 圖3b，所述的深亞微米器件原型為用于輸入輸出端口的輸入輸出器件，圖3a與圖北分別顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中輸入輸出器件原型與輸入輸出器件模型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。其中，器件的長寬比為10um/0. 35um，漏端電壓為0. 05V, ON偏置，Qf為添加等效模擬電荷總量，T代表頂部區域所添加的等效模擬電荷密度，D代表底部區域所添加的等效模擬電荷密度。對所述核心器件采用的輻射劑量分別為50krad(Si)、80krad(Si)、IOOkrad(Si)、 150krad(Si)、200krad(Si)、500krad(Si)，獲得該輸入輸出器件的原型Ids-Vgs曲線組，從曲線中可知，當總劑量為50krad(Si)時，器件即出現Hump效應，漏電流增加不明顯。當總劑量為80krad(Si)時，Hump效應更加明顯，漏電流增加到4X10—、。隨著總劑量增加，Hump效應越來越明顯，漏電流逐漸增加。當總劑量達到500kard(Si)時，漏電流增加幅度很大，達到5X10、。在頂部區域添加較大的等效模擬電荷，并在底部區域添加較小的等效模擬電荷密度可獲得與原型Ids-Vgs曲線擬合的模擬Ids-Vgs曲線，并且，Hump效應越明顯頂部區域添加的等效模擬電荷密度與底部區域的等效模擬電荷密度的差值越大，由此可知，器件出現 Hump效應時，頂部區域添加等效模擬電荷的密度大于底部區域添加等效模擬電荷的密度， 且Hump效應越明顯頂部區域添加的等效模擬電荷密度與底部區域的等效模擬電荷密度的差值越大。請參閱圖1及圖如 圖4b，所述的深亞微米器件原型為用于提供存儲單元擦除及編程操作的電壓的高壓器件，圖如與圖4b分別顯示為本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法中高壓器件原型與高壓器件模型的Ids-Vgs曲線隨總劑量變化曲線示意圖。其中，器件的長寬比為10um/0. 8um，漏端電壓為0. 05V, ON偏置，Qf為添加等效模擬電荷總量，T代表頂部區域所添加的等效模擬電荷密度，D代表底部區域所添加的等效模擬電荷密度。對所述核心器件采用的輻射劑量分別為5krad (Si) UOkrad(Si)、20krad(Si)、 40krad (Si)，獲得該高壓器件的原型Ids-Vgs曲線組，從曲線中可知，當總劑量為5krad(Si) 時，器件即出現Hump效應，漏電流增加不明顯。當總劑量為IOkrad(Si)時，Hump效應更加明顯。隨著總劑量增加，Hump效應越來越明顯，漏電流逐漸增力卩。當總劑量達到40kard(Si) 時，漏電流增加幅度很大，達到3X10_7A。在頂部區域添加較大的等效模擬電荷，并在底部區域添加較小的等效模擬電荷密度可獲得與原型Ids-Vgs曲線擬合的模擬Ids-Vgs曲線，并且， Hump效應越明顯頂部區域添加的等效模擬電荷密度與底部區域的等效模擬電荷密度的差值越大，由此可知，器件出現Hump效應時，頂部區域添加等效模擬電荷的密度大于底部區域添加等效模擬電荷的密度，且Hump效應越明顯頂部區域添加的等效模擬電荷密度與底部區域的等效模擬電荷密度的差值越大。通過模擬結果可知核心器件沒有明顯的Hump效應，淺溝槽隔離氧化物頂部和底部引入的陷阱電荷數量一致；輸入輸出器件Hump效應明顯，淺溝槽隔離氧化物頂部引入的電荷數量比底部數量較大，這說明Hump效應主要是由于隔離氧化物頂部陷阱電荷造成的； 高壓器件的襯底濃度較低，對總劑量較為敏感，引入較小數量陷阱電荷即可擬合曲線。高壓器件的Hump效應明顯，同樣淺溝槽隔離氧化物頂部引入的電荷數量比底部大。以上述結果為依據，可以選擇針對總劑量輻射效應的對器件不同區域的不同作用制定加固方案，以達到良好的抗總劑量輻射效應加固的效果，例如，根據以上步驟可知，若需要減小深亞微米器件的輻射誘生關態漏電流的增加，可以適當提高沿著其淺溝道隔離槽底部區域的襯底濃度。綜上所述，本發明的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，依據具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件原型的測試數據初步構建器件模型，依據襯底摻雜濃度分布把所述器件模型的淺溝道隔離槽定位出頂部區域與底部區域，并依據經過輻射后器件的測試數據對所述頂部區域及底部區域添加不同的等效模擬電荷獲得與測試數據擬合的模擬數據，以確定所述等效模擬電荷在所述深亞微米器件模型頂部區域及底部區域的作用， 從而確定總劑量輻射效應在所述深亞微米器件原型頂部區域及底部區域的作用。本方法步驟簡單，能較準確的模擬深亞微米器件總劑量輻射效應，并能反應總劑量輻射效應對器件不同部位的影響，為器件的抗總劑量輻射效應的加固提供可靠的依據。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步驟1)提供一具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件原型，并對所述深亞微米器件原型進行測試獲得第一測試Ids-Vgs曲線，根據所述深亞微米器件原型的工藝參數初步建立具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件模型，并獲得第一模擬Ids-Vgs曲線，然后通過改變預設參數擬合所述第一測試Ids-Vgs曲線與第一模擬Ids-Vgs曲線，以確定所述深亞微米器件模型的預設參數值；2)依據襯底摻雜濃度分布數據把所述深亞微米器件模型的淺溝道隔離槽分別定義出頂部區域及底部區域，以獲得最終的深亞微米器件模型；3)對所述深亞微米器件原型分別進行預設劑量的輻射，并對經過輻射的深亞微米器件原型進行測試，以獲得第二測試Ids-Vgs曲線；4)根據所述第二測試Ids-Vgs曲線，分別對所述深亞微米器件模型的頂部區域及底部區域添加等效模擬電荷，并通過改變所述等效模擬電荷的密度以獲得與所述第二測試Ids-Vgs 曲線擬合的第二模擬Ids-Vgs曲線，然后依據所述第二模擬Ids-Vgs曲線確定所述等效模擬電荷在所述深亞微米器件模型頂部區域及底部區域的作用，以確定總劑量輻射效應在所述深亞微米器件原型頂部區域及底部區域的作用。
2.根據權利要求1所述的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，所述深亞微米器件模型采用Silvaco模擬軟件進行建造。
3.根據權利要求2所述的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，其特征在于所述Silvaco模擬軟件選用的模型包括用于描述載流子傳輸的傳統漂移擴散模型、用于描述產生-復合的SRH模型以及描述速度飽和效應的FLDMOB模型。
4.根據權利要求1所述的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，其特征在于所述深亞微米器件模型的淺溝道隔離槽的上表面至下表面的距離為390nm，所述頂部區域為所述上表面至距離所述上表面30nm的平面之間的區域，所述底部區域為距離所述上表面30nm的平面至所述下表面之間的區域。
5.根據權利要求1所述的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，其特征在于所述等效模擬電荷在所述頂部區域均勻分布且所述等效模擬電荷在所述底部區域均勻分布。
6.根據權利要求1所述的用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，其特征在于所述的深亞微米器件原型為用于實現主要功能電路的核心器件、用于輸入輸出端口的輸入輸出器件以及用于提供存儲單元擦除及編程操作電壓的高壓器件。
全文摘要
本發明提供一種用于分析深亞微米器件總劑量輻射效應的方法，依據具有淺溝道隔離槽結構的深亞微米器件原型的測試數據初步構建器件模型，依據襯底摻雜濃度分布把所述器件模型的淺溝道隔離槽定位出頂部區域與底部區域，并依據經過輻射后器件的測試數據對所述頂部區域及底部區域添加不同的等效模擬電荷獲得與測試數據擬合的模擬數據，以確定所述等效模擬電荷在所述深亞微米器件模型頂部區域及底部區域的作用，從而確定總劑量輻射效應在所述深亞微米器件原型頂部區域及底部區域的作用。本方法步驟簡單，能較準確的模擬深亞微米器件總劑量輻射效應，并能反應總劑量輻射效應對器件不同部位的影響，為器件的抗總劑量輻射效應的加固提供可靠的依據。
文檔編號G01N17/00GK102494988SQ20111040389
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者劉張李, 寧冰旭, 張正選, 畢大煒, 胡志遠, 鄒世昌, 陳明 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所