SOI器件電離總劑量輻射特性研究.pdf

1、SOI(Silicon-on-insulator)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，被國際上公認(rèn)為“二十一世紀(jì)的硅集成電路技術(shù)”，抗輻射領(lǐng)域是SOI技術(shù)最初、最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，依然保持著持續(xù)的發(fā)展。本文對低壓SOI CMOS、高壓SOI CMOS和SOI SONOS EEPROM共三種器件的總劑量輻射特性進(jìn)行了深入研究，提出了基于SOI的抗輻射SONOS EEPROM器件和抗輻射100V高壓CMOS器件。研究成果為抗輻射SOI電路的研制奠定了良好

2、的基礎(chǔ)，部分成果已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用。主要研究內(nèi)容包括：
　　本文研究了全耗盡和部分耗盡SOI CMOS器件的特性、關(guān)鍵工藝及器件模型建立要點(diǎn)，研究了部分耗盡SOI CMOS器件的電離總劑量輻射效應(yīng)和數(shù)值仿真，開發(fā)了SOI CMOS工藝加固技術(shù)。本文給出了SOI CMOS器件體接觸效果與版圖尺寸間的關(guān)系，對抗輻射SOI電路的設(shè)計(jì)有實(shí)際的指導(dǎo)意義。通過對SOI器件模型的研究，解決了SOI建模中的關(guān)鍵技術(shù)問題—浮體效應(yīng)和自加熱效應(yīng)參數(shù)的提

3、取問題，建立的模型能夠反應(yīng)出SOI器件特有的浮體效應(yīng)和自加熱效應(yīng)。
　　本文對器件不同場區(qū)介質(zhì)的抗總劑量輻射性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)某些介質(zhì)具有很強(qiáng)的抗輻射能力，分析認(rèn)為這和介質(zhì)內(nèi)的缺陷結(jié)構(gòu)有關(guān)，這些缺陷結(jié)構(gòu)起到電子陷阱中心的作用；研究發(fā)現(xiàn)對背柵的加固固然能夠提高器件的抗總劑量輻射能力，但同時會影響到器件前柵的特性。采用本文介紹的SOI CMOS工藝抗輻射加固技術(shù)加工的SOI SRAM電路，其抗總劑量輻射能力達(dá)到500Krad（Si）

4、以上。
　　本文提出了采用100V/5V高低壓兼容SOI CMOS集成電路工藝制造的抗輻射100V SOI高壓CMOS器件，并對它的總劑量輻射特性展開了研究，給出了不同結(jié)構(gòu)、不同輻射偏置下高壓器件的閾值電壓、泄漏電流與輻射劑量的變化關(guān)系。研究結(jié)果表明，SOI高壓nLDMOS在100Krad(Si)輻射后最小閾值電壓漂移為0.1V, SOI高壓pLDMOS在100Krad(Si)輻射后最小閾值電壓漂移為2.49V；SOI高壓nLDM

5、OS在1Mrad(Si)輻射后最小閾值電壓漂移為0.64V, SOI高壓pLDMOS在1 Mrad(Si)輻射后最小閾值電壓漂移為5.4V，器件在總劑量1Mrad(Si)輻射后沒有觀察到明顯漏電。隨著溝道長度的減小，高壓器件抗總劑量輻射能力減弱。
　　本文提出了抗輻射SOI SONOS EEPROM器件，從半導(dǎo)體器件物理和能帶理論的角度分析了SOI SONOS EEPROM器件在輻射環(huán)境下的工作和失效過程。制備出體硅單層多晶EEP

6、ROM、SOI單層多晶EEPROM和SOI SONOS EEPROM共3種結(jié)構(gòu)的EEPROM，并開展了輻射實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，SOI SONOS EEPROM的閾值電壓在經(jīng)首次輻射后變化平緩，當(dāng)總劑量達(dá)到300Krad（Si）時，該器件仍然保持2.3V的閾值電壓窗口，較初始狀態(tài)閾值電壓減小34％，較首次經(jīng)輻射時的閾值電壓減小8%。說明基于SOI技術(shù)的SONOS EEPROM具有良好的抗總劑量輻射能力，并且在SOI材料上制造出的SONOS