專利名稱：一種對雙探頭pmos輻射劑量計進(jìn)行退火的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電離輻射劑量測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對基于絕緣體上硅的雙探 頭PMOS輻射劑量計進(jìn)行退火的方法。
背景技術(shù)：
對空間輻射環(huán)境的研究始于上世紀(jì)四十年代。隨著地球磁場俘獲帶電粒子形成的 強(qiáng)輻射帶(Van-Allen帶)的發(fā)現(xiàn)和相繼發(fā)生的輻射引起的衛(wèi)星運(yùn)行故障，空間輻射環(huán)境的 研究越來越受到重視，各種空間輻射探測技術(shù)和設(shè)備相繼得到了應(yīng)用，其中也包括一些用 于輻射總劑量監(jiān)測的技術(shù)，如熱釋光(TLD)劑量計、尼龍薄膜劑量計、G-M計數(shù)管、PIN 二極 管、半導(dǎo)體探測器等。這些技術(shù)雖然取得了一定的成功，但也存在各自的缺陷。如難以實現(xiàn) 在軌動態(tài)監(jiān)測，有的存在著測量或讀出電路復(fù)雜，系統(tǒng)體積或重量龐大，劑量記錄信息與電 子學(xué)系統(tǒng)接口困難，數(shù)據(jù)處理繁瑣等問題。二十世紀(jì)七十年代，英國的Holmes-Siedle提出了空間電荷劑量計的概念。特定 工藝的P溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管(PM0SFET)受到電離輻射后，在其氧化層中產(chǎn) 生的俘獲正電荷和界面態(tài)會導(dǎo)致閾值電壓的漂移，生閾電壓漂移的幅度與輻射劑量呈現(xiàn)近 乎于線性的單調(diào)對應(yīng)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，可以利用電離輻射引起PM0SFET閾電壓的變化作 為輻射敏感參量，進(jìn)行輻射總劑量測量。由于PMOS輻射劑量計具有體積小、重量輕、功耗 低、測量和讀出電路簡單、可靠性高、便于遙控遙測等特點，非常適用于衛(wèi)星內(nèi)外輻射總劑 量環(huán)境的在軌監(jiān)測，并在核工業(yè)、醫(yī)學(xué)、輻射防護(hù)及便攜式個人輻射監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)也有廣泛的 應(yīng)用。但由于PMOS輻射劑量計自身的半導(dǎo)體器件性質(zhì)，其極易受到外界環(huán)境因素的影 響。PMOS輻射劑量計的輻照靈敏度、不同環(huán)境下長期工作的可靠性和準(zhǔn)確性以及監(jiān)測壽命 等方面指標(biāo)都是目前急待解決的關(guān)鍵技術(shù)，并且對于PMOS輻射劑量計來說，對于某種特定 的工藝條件其測量容限僅能局限于一較小范圍內(nèi)，并且當(dāng)其氧化層中陷阱電荷到達(dá)飽和， 劑量計將不能正常工作。因此有必要對現(xiàn)有PMOS輻射劑量計結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并尋求高靈敏 度、高穩(wěn)定性、寬動態(tài)范圍、可重復(fù)利用的PMOS輻射劑量計制造技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種針對基于絕緣體上硅的雙 探頭PMOS輻射劑量計的退火擦除缺陷技術(shù)，即一種對基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射 劑量計進(jìn)行退火的方法，包括退火過程控制及偏置條件、退火溫度和時間調(diào)節(jié)，以保證劑量 計的再生利用。
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( 二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種對基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量 計進(jìn)行退火的方法，該方法將經(jīng)輻照后失效的所述基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑 量計的正柵電極、背柵電極、源電極以及漏電極接至地線，置于95至105°C環(huán)境溫度范圍下 退火230至310小時；之后將環(huán)境溫度升溫至145至155°C范圍繼續(xù)退火80 120小時； 然后將所述基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計取出置于20至25°C環(huán)境溫度下測 試，與該P(yáng)MOS輻射劑量計未輻照前數(shù)據(jù)比對校準(zhǔn)。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明，可得到具有不同測量范圍的雙探頭PMOS輻射劑量計，制造過程與 SOI CMOS工藝兼容，可有效提高集成度，降低生產(chǎn)成本和工藝難度；2、利用本發(fā)明，可得到基于SOI技術(shù)的雙探頭PMOS輻射劑量計，具有更高的穩(wěn)定 性和耐高溫性能，適用范圍更廣；3、利用本發(fā)明，可得到一種基于此種PMOS輻射劑量計的可調(diào)整量程的堆疊測量 電路結(jié)構(gòu)，對輻照環(huán)境的敏感度顯著提高，可測量程較寬并易于控制；4、利用本發(fā)明，可實現(xiàn)PMOS輻射劑量計探頭的重復(fù)利用，有效降低使用成本。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明圖1是本發(fā)明提供的基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計的版圖示意圖；圖3是本發(fā)明提供的正柵電極堆疊結(jié)構(gòu)電路示意圖；圖4是本發(fā)明提供的背柵電極堆疊結(jié)構(gòu)電路示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的基于SOI的雙探頭PMOS輻射劑量計的結(jié)構(gòu)示意 圖，該輻射劑量計以從上至下依次為頂層硅16、埋氧層4和底層硅3的SOI作為基本架構(gòu)， 該輻射劑量計包括設(shè)置于頂層硅16上表面的正柵氧化層9，設(shè)置于正柵氧化層9上表面的正柵多晶 硅層10，設(shè)置于正柵多晶硅層10上表面的正柵多晶硅化物層11，以及設(shè)置于正柵多晶硅化 物層11上表面的正柵電極12;設(shè)置于正柵氧化層9 一側(cè)的漏區(qū)15，設(shè)置于漏區(qū)15上表面的漏區(qū)多晶硅化物層 14，設(shè)置于漏區(qū)多晶硅化物層14上表面的漏電極13 ；設(shè)置于正柵氧化層9另一側(cè)的源區(qū)5，在緊鄰源區(qū)5的旁側(cè)設(shè)置的與頂層硅16同 型的重?fù)诫s體接觸區(qū)6，在體接觸區(qū)6和源區(qū)5上表面設(shè)置的體區(qū)及源區(qū)多晶硅化物層7， 設(shè)置于體區(qū)及源區(qū)多晶硅化物層7上表面的源電極8 ；設(shè)置于底層硅3下表面的背柵多晶硅化物層2，設(shè)置于背柵多晶硅化物層2下表面
4的背柵電極1。所述正柵氧化層9覆蓋了頂層硅16上表面等于設(shè)計規(guī)則中溝道尺寸的區(qū)域。所 述底層硅3和埋氧層4構(gòu)成背柵。分別在源區(qū)5、體接觸區(qū)6、漏區(qū)15、正柵多晶硅層10上表面的中央進(jìn)一步設(shè)置有 接觸孔，所述源電極8、漏電極13和正柵電極12設(shè)置于該接觸孔之上；在底層硅3下表面 的中央進(jìn)一步設(shè)置有接觸孔，所述背柵電極1設(shè)置于該接觸孔之上。所述正柵電極12采用多根柵條叉指形式并聯(lián)，多根折形柵條之間通過接觸孔與 金屬互連，相鄰柵條共用一個漏電極。所述正柵電極12和背柵電極1為兩種不同量程的電極探頭。該劑量計采用不同方式的正、背柵調(diào)柵注入；對正柵氧化層9區(qū)域進(jìn)行調(diào)正柵注 入，注入劑量范圍為IelO至lel2/cm2、能量范圍為95至105keV的BF2 ；對頂層硅16區(qū)域進(jìn) 行調(diào)背柵注入，注入劑量范圍為1. 2ell至lel3/cm2、能量范圍為155至165keV的磷(P)。具體可再參照圖1以及圖2，本發(fā)明所提供的基于絕緣體上硅的PMOS輻射劑量計 包括半導(dǎo)體基片，埋氧層4將半導(dǎo)體基片分為上下兩部分，下部分為底層硅3，上部分為頂 層硅16。在底層硅3下方設(shè)置背柵多晶硅化物層2，利用底層硅3和埋氧層4形成背柵，在 背柵多晶硅化物層2上設(shè)置金屬層作為背柵電極1。在頂層硅16上表面設(shè)置正柵氧化層9并覆蓋等于設(shè)計規(guī)則中溝道尺寸的區(qū)域，并 在正柵氧化層上設(shè)置正柵多晶硅層10。對正柵氧化層9區(qū)域進(jìn)行調(diào)正柵注入，注入劑量范 圍為IelO至lel2/cm2、能量范圍為95至105keV的BF2。在正柵氧化層9的一側(cè)形成漏區(qū) 15，并在其上部覆蓋漏區(qū)多晶硅化物層14。在正柵氧化層9的另一側(cè)形成源區(qū)5。在緊鄰源 區(qū)5的旁側(cè)設(shè)置與襯底同型的重?fù)诫s體接觸區(qū)6。在體接觸區(qū)6和源區(qū)5上部形成體區(qū)及 源區(qū)多晶硅化物層7。對頂層硅16區(qū)域進(jìn)行調(diào)背柵注入，注入劑量范圍為1. 2ell至lel3/ cm2、能量范圍為155至165keV的P(磷)。分別在源區(qū)5和體接觸區(qū)6中央、漏區(qū)14、正柵 多晶硅柵層10以及背柵底層硅3上表面設(shè)置接觸孔17，并在接觸孔17上分別設(shè)置源電極 8、漏電極13、正柵電極12以及背柵電極1。圖2中正柵多根折形柵條之間12通過接觸孔17和金屬互連，其中相鄰柵條12共 用一個漏13。本發(fā)明所提供的可調(diào)整量程的堆疊測量電路結(jié)構(gòu)包括一只或多只所述基于絕緣 體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計、工作模式選擇開關(guān)SW以及恒流源Isd ；所述基于絕緣體 上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計為一只時，所述工作模式選擇開關(guān)SW將該輻射劑量計的源 電極連接于所述恒流源Isd，用導(dǎo)線將該P(yáng)MOS輻射劑量計漏電極接至地線；所述基于絕緣 體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計為多只時，該多只PMOS輻射劑量計采用漏/源相接的級 聯(lián)方式連接，并將各自正柵電極或背柵電極與漏電極短接，所述工作模式選擇開關(guān)SW將第 一級輻射劑量計的源電極連接于所述恒流源Isd。將選取的一只或多只相同的PMOS輻射劑量計盡可能靠近的并排安置于PCB板上， 該電路可采用兩種方式實現(xiàn)各PMOS輻射劑量計采用漏/源相接的級聯(lián)方式并將各自正柵 電極與漏電極短接，如圖3所示，最后一級PMOS輻射劑量計漏電極接至地線，第一級PMOS 輻射劑量計源電極接至工作模式選擇開關(guān)SW ；另一種電路實現(xiàn)方式為各PMOS輻射劑量計 采用漏/源相接的級聯(lián)方式并將各自背柵電極與漏電極短接，如圖4所示，最后一級PMOS輻射劑量計漏電極接至地線，第一級PMOS輻射劑量計源電極接至工作模式選擇開關(guān)SW，具 有與第一種電路實現(xiàn)方式相同的兩種工作模式可供選擇。該工作模式選擇開關(guān)SW有兩種工作模式可供選擇測量模式，即開SW接至零電 位，同時接受輻照；或讀出模式，即開關(guān)SW接至恒流源，為PMOS輻射劑量計源電極注入保證 PMOS輻射劑量計工作于飽和區(qū)的恒定電流，SW接至恒流源20秒后，將第一級PMOS輻射劑 量計源電極節(jié)點電壓作為劑量計輸出電壓引出至采集電路，利用事先標(biāo)定的差分電壓與輻 射劑量的對應(yīng)關(guān)系曲線，得到與其對應(yīng)輻射劑量數(shù)值。該堆疊測量電路測量低劑量率時，可用多只PMOS輻射劑量計背柵電極堆疊，從而 達(dá)到對輻照環(huán)境的較高敏感度，當(dāng)輻射劑量超過計量量程時，可減少堆疊PMOS輻射劑量計 數(shù)目，直至最后一個；當(dāng)堆疊測量高劑量率時，可將電路實現(xiàn)方式改變?yōu)槎嘀籔MOS輻射劑 量計正柵電極堆疊，當(dāng)輻射劑量超過計量量程時，可減少堆疊PMOS輻射劑量計數(shù)目，直至
最后一個。本發(fā)明所提供的對基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計退火過程控制及偏 置條件、退火溫度和時間調(diào)節(jié)按如下步驟實施將經(jīng)輻照后失效的PMOS輻射劑量計正柵電 極、背柵電極、源電極以及漏電極接至地線，置于95 105°C環(huán)境溫度范圍下退火230 310小時；之后將環(huán)境溫度升溫至145 155°C范圍繼續(xù)退火80 120小時；然后將PMOS 輻射劑量計取出置于20至25°C環(huán)境溫度下測試，與該P(yáng)MOS輻射劑量計未輻照前數(shù)據(jù)比對 校準(zhǔn)。同時，利用該方法我們也進(jìn)行了模擬和實驗，結(jié)果表明此退火控制方法正確，總體誤 差在20%以內(nèi)。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種對基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計進(jìn)行退火的方法，其特征在于，該方法將經(jīng)輻照后失效的所述基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計的正柵電極、背柵電極、源電極以及漏電極接至地線，置于95至105℃環(huán)境溫度范圍下退火230至310小時；之后將環(huán)境溫度升溫至145至155℃范圍繼續(xù)退火80～120小時；然后將所述基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計取出置于20至25℃環(huán)境溫度下測試，與該P(yáng)MOS輻射劑量計未輻照前數(shù)據(jù)比對校準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電離輻射劑量測量領(lǐng)域，公開了一種對基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計進(jìn)行退火方法，該方法將經(jīng)輻照后失效的所述基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計的正柵電極、背柵電極、源電極以及漏電極接至地線，置于95至105℃環(huán)境溫度范圍下退火230至310小時；之后將環(huán)境溫度升溫至145至155℃范圍繼續(xù)退火80～120小時；然后將所述基于絕緣體上硅的雙探頭PMOS輻射劑量計取出置于20至25℃環(huán)境溫度下測試，與該P(yáng)MOS輻射劑量計未輻照前數(shù)據(jù)比對校準(zhǔn)。
文檔編號G01T1/02GK101907719SQ201010256968
公開日2010年12月8日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者劉剛, 劉夢新, 趙超榮, 韓鄭生 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所