018μm窄沟NMOS晶体管总剂量效应研究-物理学报.PDF
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物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 13 (2013) 136101
0.18 m 窄沟NMOS 晶体管总剂量效应研究*
吴雪123 陆妩12† 王信123 席善斌123 郭旗12 李豫东12
1) ( 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆理化技术研究所, 乌鲁木齐 830011 )
2) ( 新疆电子信息材料与器件重点实验室, 乌鲁木齐 830011 )
3) ( 中国科学院大学, 北京 100049 )
( 2011 年11 月28 日收到; 2013 年3 月3 日收到修改稿)
为明确深亚微米NMOS 器件抗辐照能力以及研究其加固措施, 本文对0.18 m 窄沟NMOS 晶体管进行
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了 Co 总剂量辐射效应研究. 结果表明: 和宽沟器件不同, 阈值电压、跨导、漏源电导对总剂量辐照敏感, 此现象
被称之为辐射感生窄沟道效应; 相比较栅氧化层, 器件隔离氧化层对总剂量辐照更敏感; 窄沟道NMOS 器件阈值电
压不仅和沟道耗尽区电荷有关, 寄生晶体管耗尽区电荷对其影响也不可忽略, 而辐照引起源漏之间寄生晶体管开启,
形成漏电通道, 正是导致漏电流、亚阈斜率等参数变化的原因.
关键词: 0.18µ m, 窄沟NMOS 晶体管, 60Co 辐照, 辐射感生窄沟道效应
PACS: 61.80.Ed, 77.84.Bw, 85.30.Tv DOI: 10.7498/aps.62.136101
内外对0.18 m 甚至更小尺寸的宽沟NMOS 器件
1 引言 进行了研究46 , 但是对于0.18 m 窄沟NMOS 器
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件 Co 总剂量辐照试验开展较少. 无论是在集成
20 世纪80 年代以来, 国内外对大尺寸MOS 器 电路设计还是在工艺参数提参建模应用中, 窄沟器
件进行了充分的总剂量辐射效应研究13 , 研究发 件的作用都不可忽略. 并且窄沟器件由于本身具有
现器件栅氧化层和隔离氧化层在辐照过程中都会 窄沟道效应, 其辐照后参数变化趋势、失效模式、
产生大量氧化陷阱电荷及界面陷阱电荷, 从而对器 损伤机理和宽沟器件是否一致, 都不明确. 因此, 对
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件性能造成辐射损伤. 近年来, 随着集成电路的发 窄沟NMOS 晶体管进行 Co 总剂量辐射效应研
展和制造工艺的进步, 半导体器件特征尺寸急剧减 究势在必行. 本文主要是对窄沟NMOS 晶体管进
小. 当器件特征尺寸降至深亚微米尺寸时, 栅氧化 行总剂量辐照实验, 通过提取辐照后的参数来进行
层厚度仅有几个nm, 隔离技术也由原来的LOCOS 提参建模研究.
隔离转变为STI 隔离技术. 随着栅氧化层厚度的
减小, 60Co 辐照在栅氧化层中引入的陷阱电荷大 2 总剂量辐照实验
大减少, 栅氧漏电流的变化基本可以忽略, 阈值电
4 实验样品为国产标准工艺线 0.18 m 窄沟
压漂移也可以忽略不计 , 但是隔离氧化层的厚度
相比栅氧化层要大很多, 所以隔离氧化层的敏感性
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