本發(fā)明涉及一種SOI NMOSFET的⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)及推導(dǎo)試驗方法，特別是涉及一種適用于半導(dǎo)體元器件中對SOI NMOSFET的⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)進行推導(dǎo)的推導(dǎo)及推導(dǎo)試驗方法。

背景技術(shù)：

長期以來，半導(dǎo)體元器件的總劑量電離輻射試驗一直采用Co源作為輻射源。美國軍方測試標準MIL-STD-883C也規(guī)定⁶⁰Coγ射線為總劑量輻射測試的標準測試源。但大型Co源只能用天然放射性⁶⁰Co物質(zhì)，對環(huán)境危害大，輻照劑量率相對較低，輻射時間長，因而不能滿足加速實驗和對單個硅片級晶圓進行輻照測試的要求，不適合大規(guī)模特別是生產(chǎn)企業(yè)使用。

而X射線作為輻射源卻具有安全方便，劑量率控制準確且范圍寬，可以進行硅片級的測試并可以在生產(chǎn)線上進行測試，能大大降低封裝、測試、運輸?shù)某杀?，提高研發(fā)效率等優(yōu)勢，特別適合抗輻照加固篩選。

因此，嘗試利用器件X射線輻射下的輻射響應(yīng)推導(dǎo)其在⁶⁰Coγ射線輻射下響應(yīng)成為了國外研究的一個方向。這種推導(dǎo)如果可行，不僅可以利用X射線這種更為安全便捷的輻射源進行總劑量輻射測試，而且也可以根據(jù)推導(dǎo)的⁶⁰Co測試結(jié)果提供空間輻射評估，因而具有重要的意義。

對于SOI NMOSFET，現(xiàn)有利用X射線輻射推導(dǎo)器件在⁶⁰Coγ射線輻射下響應(yīng)的兩種方法：第一種方法是Schwank等人在文獻中提到利用X射線在更高劑量下造成的總劑量輻射響應(yīng)來估計⁶⁰Coγ射線造成的響應(yīng)，采用比⁶⁰Co劑量值高出60％或40％的劑量值的X射線測試結(jié)果來估計。然而這種方法估計的結(jié)果比⁶⁰Co造成的實際損傷要嚴重。此外對于不同結(jié)構(gòu)、不同工藝條件下生產(chǎn)的器件比值是不同的，因此單純根據(jù)簡單的比例關(guān)系很難得到滿意的結(jié)果。另一種方法是提高X射線輻射下SOI器件埋氧層的電場從而提高其電荷產(chǎn)額使得兩種輻射下埋氧層積累的電荷相等。這種方法需要在X射線輻射的器件襯底添加偏置，然而添加多高的偏置卻很難確定。因此，很難通過該方法估計所有偏置情況下X射線到⁶⁰Coγ射線的損傷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用局限性小，推導(dǎo)更準確的SOI NMOSFET的⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)及推導(dǎo)試驗方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種SOI NMOSFET的⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)方法，具體方法為：在極低電場下，對同樣結(jié)構(gòu)和工藝條件下的兩件SOI NMOSFET，一件進行X射線，另一件進行⁶⁰Coγ射線輻射；對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下由氧化層陷阱電荷引起的閾值電壓漂移之比提取劑量增強因子DEF；將X射線試驗數(shù)據(jù)的輻照劑量水平乘以DEF，將輻照造成的閾值電壓漂移量乘以因子0.7，從而得到⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)；

所述極低電場為電場小于0.05MV/cm的電場強度。

采用X射線作為輻射源具有安全方便，劑量率控制準確且范圍寬，能夠進行硅片級的測試并能夠在生產(chǎn)線上進行測試，能夠大大降低封裝、測試、運輸?shù)某杀?，提高研發(fā)效率等優(yōu)勢。X射線代替Co源進行硅片級的測試能提高研發(fā)效率，特別適合抗輻照加固篩選。

在極低電場下(<0.05MV/cm)，X射線導(dǎo)致的電荷產(chǎn)額和⁶⁰Coγ射線趨于一致。這是由于極低電場下氧化層對輻射不敏感，輻射產(chǎn)生的絕大部分電子-空穴對都在原位重新復(fù)合，逃脫的空穴很少。該條件下X射線和⁶⁰Coγ射線輻射導(dǎo)致的電荷產(chǎn)額相等，那么此時引起器件氧化層陷阱電荷量不同的唯一原因就是劑量增強效應(yīng)，因而可以利用兩種輻射下由氧化層陷阱電荷引起的閾值電壓漂移量之比提取劑量增強因子DEF。

所述X射線輻射源為10keV的X射線輻射源。

在ON偏置下，對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

ON偏置下由于正柵所加偏置對埋氧層幾乎沒有影響，因而埋氧層內(nèi)電場滿足小于0.05MV/cm。因此對于ON偏置來說，可通過對比X射線與⁶⁰Coγ射線ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

一種SOI NMOSFET的⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)試驗方法，具體方法為：以SOI NMOSFET器件在X射線和⁶⁰Coγ射線輻射下，分別采用ON偏置、PG偏置和OFF偏置情況下的輻射響應(yīng)數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，將X射線和⁶⁰Coγ射線所做試驗的閾值電壓漂移總量進行電荷分離，得到氧化物陷阱電荷對閾值電壓漂移的貢獻值ΔV_ot和界面態(tài)對閾值電壓漂移的貢獻值ΔV_it，進而得到ΔV_ot隨輻射總劑量的變化關(guān)系；在ON偏置情況下，通過兩種射線(X射線和⁶⁰Coγ射線)輻射下ΔV_ot隨輻射總劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF；將X射線試驗數(shù)據(jù)的輻照劑量水平乘以DEF，將輻照造成的閾值電壓漂移量乘以因子0.7，從而得到⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)；以PG偏置和OFF偏置下的實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，驗證ON偏置條件下提取的劑量增強因子的合理性，及由X射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)的整個推導(dǎo)方法準確性；

所述極低電場為電場小于0.05MV/cm的電場強度。

氧化物陷阱電荷是逃脫最初復(fù)合的空穴被氧化層陷阱俘獲的直接結(jié)果，進行電荷分離后，就能夠排除界面態(tài)的干擾，確定氧化物電荷對閾值電壓漂移的貢獻。

所述X射線輻射源為10keV的X射線輻射源。

在ON偏置下，對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：應(yīng)用局限性小，ΔV_th推導(dǎo)更準確；能夠省去⁶⁰Co源大量的輻射測試，從而大大降低試驗成本并發(fā)揮X射線能方便快捷地提供反饋的優(yōu)勢，提高研發(fā)的效率。雖然仍需進行一次⁶⁰Co試驗，然而只要器件結(jié)構(gòu)和工藝條件不變，在此之后的⁶⁰Co試驗就可利用該方法通過X射線實驗數(shù)據(jù)直接推導(dǎo)。該方法實施簡單，且通過實驗數(shù)據(jù)驗證能達到很高的精度。試驗方法的提出為X射線替代⁶⁰Coγ射線進行總劑量輻射試驗提供了有力支持，具有現(xiàn)實意義。

附圖說明

圖1為ON偏置下⁶⁰Coγ射線輻照下氧化物電荷和界面態(tài)對SOI NMOSFET背柵閾值電壓漂移的貢獻值示意圖。

圖2為ON偏置條件下兩種輻射的ΔV_ot與平衡劑量之間的關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明具體實施例中，在PG偏置下所驗證的X射線推導(dǎo)的ΔV_ot隨總劑量的變化關(guān)系與⁶⁰Coγ射線曲線的比對。

圖4為本發(fā)明具體實施例中，在OFF偏置下所驗證的X射線推導(dǎo)的ΔV_ot隨總劑量的變化關(guān)系與⁶⁰Coγ射線曲線的比對。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本說明書(包括摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

具體實施例1

一種SOI NMOSFET的⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)方法，具體方法為：在極低電場下，對同樣結(jié)構(gòu)和工藝條件下的兩件SOI NMOSFET，一件進行X射線，另一件進行⁶⁰Coγ射線輻射；對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下由氧化層陷阱電荷引起的閾值電壓漂移之比提取劑量增強因子DEF；將X射線試驗數(shù)據(jù)的輻照劑量水平乘以DEF，將輻照造成的閾值電壓漂移量乘以因子0.7，從而得到⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)；

所述極低電場為電場小于0.05MV/cm的電場強度。

具體實施例2

在具體實施例1的基礎(chǔ)上，所述X射線輻射源為10keV的X射線輻射源。

具體實施例3

在具體實施例1或2的基礎(chǔ)上，在ON偏置下，對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

ON偏置下由于正柵所加偏置對埋氧層幾乎沒有影響，因而埋氧層內(nèi)電場滿足小于0.05MV/cm。因此對于ON偏置來說，可通過對比X射線與⁶⁰Coγ射線ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

具體實施例4

一種SOI NMOSFET的⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)試驗方法，具體方法為：以SOI NMOSFET器件在X射線和⁶⁰Coγ射線輻射下，分別采用ON偏置、PG偏置和OFF偏置情況下的輻射響應(yīng)數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，將X射線和⁶⁰Coγ射線所做試驗的閾值電壓漂移總量進行電荷分離，得到氧化物陷阱電荷對閾值電壓漂移的貢獻值ΔV_ot和界面態(tài)對閾值電壓漂移的貢獻值ΔV_it，進而得到ΔV_ot隨輻射總劑量的變化關(guān)系；在ON偏置情況下，通過兩種射線(X射線和⁶⁰Coγ射線)輻射下ΔV_ot隨輻射總劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF；將X射線試驗數(shù)據(jù)的輻照劑量水平乘以DEF，將輻照造成的閾值電壓漂移量乘以因子0.7，從而得到⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)；以PG偏置和OFF偏置下的實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，驗證ON偏置條件下提取的劑量增強因子的合理性，及由X射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)的整個推導(dǎo)方法準確性；

所述極低電場為電場小于0.05MV/cm的電場強度。

具體實施例5

在具體實施例4的基礎(chǔ)上，所述X射線輻射源為10keV的X射線輻射源。

具體實施例6

在具體實施例4或5的基礎(chǔ)上，在ON偏置下，對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

具體實施例7

在具體實施例4到6之一的基礎(chǔ)上，實施具體實施例1的內(nèi)容。

首先對引起SOI NMOSFET背柵閾值電壓漂移的埋氧化層總電荷進行電荷分離。根據(jù)對CMOS/SOI器件輻照效應(yīng)研究可知，經(jīng)總劑量電離輻照后，埋氧化層中輻射感生的氧化物陷阱電荷和界面態(tài)電荷都會引起晶體管背柵閾值電壓漂移。對于NMOSFET，氧化物陷阱電荷的積累會使閾值電壓降低，界面態(tài)的作用與氧化物電荷的作用相反，是使閾值電壓增加。氧化物陷阱電荷是逃脫最初復(fù)合的空穴被氧化層陷阱俘獲的直接結(jié)果，進行電荷分離后，就能夠排除界面態(tài)的干擾，確定氧化物電荷對閾值電壓漂移的貢獻。分離輻照后MOS晶體管的氧化物陷阱電荷和界面態(tài)電荷最常用的方法是Winokur和McWhorter等人發(fā)展起來的亞閾I-V技術(shù)。以O(shè)N偏置條件下⁶⁰Coγ射線輻照下SOI NMOSFET電荷分離的結(jié)果如圖1所示。圖1中X軸為輻照劑量水平，Y軸為閾值電壓的漂移量，ΔV_th為閾值電壓漂移的總量，ΔV_ot為氧化物陷阱電荷對閾值電壓漂移的貢獻值，ΔV_it為界面態(tài)對閾值電壓漂移的貢獻值。

由X射線和⁶⁰Coγ射線對SOI器件電離輻射效應(yīng)的機理分析可知，兩種輻射引起的氧化層積累電荷量的不同可歸結(jié)為電荷產(chǎn)額(空穴逃脫最初復(fù)合的比例)和劑量增強效應(yīng)所致。由于劑量增強效應(yīng)，X射線輻射后氧化層的吸收劑量更高，從而產(chǎn)生更多的電子-空穴對，然而在一定的電場條件下，產(chǎn)生的電子-空穴對逃脫最初復(fù)合的比例卻低于⁶⁰Coγ射線。劑量增強和最初復(fù)合效應(yīng)對于X射線和⁶⁰Coγ射線造成的總劑量損傷在相反的方向上起作用，劑量增強使得X射線的輻射響應(yīng)更惡劣，而最初復(fù)合效應(yīng)使得⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)的影響更嚴重。兩種效應(yīng)中究竟哪一種更占上風，對于制造工藝不同、結(jié)構(gòu)不同、輻射條件不同等不同情況，其結(jié)果也不相同。因此需要分別衡量這兩種效應(yīng)對器件輻射響應(yīng)產(chǎn)生的影響，進而由X射線造成的輻射響應(yīng)推導(dǎo)⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)。

在極低電場下，對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下由氧化層陷阱電荷引起的閾值電壓漂移之比提取劑量增強因子DEF；將X射線試驗數(shù)據(jù)的輻照劑量水平乘以DEF，將輻照造成的閾值電壓漂移量乘以因子0.7，得到⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)。

在極低電場下(<0.05MV/cm)，X射線導(dǎo)致的電荷產(chǎn)額和⁶⁰Coγ射線趨于一致。這是由于極低電場下氧化層對輻射不敏感，輻射產(chǎn)生的絕大部分電子-空穴對都在原位重新復(fù)合，逃脫的空穴很少。該條件下X射線和⁶⁰Coγ射線輻射導(dǎo)致的電荷產(chǎn)額相等，那么此時引起器件氧化層陷阱電荷量不同的唯一原因就是劑量增強效應(yīng)，因而可以利用兩種輻射下由氧化層陷阱電荷引起的閾值電壓漂移量之比提取劑量增強因子DEF。

在ON偏置下，對比X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射下ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

ON偏置下由于正柵所加偏置對埋氧層幾乎沒有影響，因而埋氧層內(nèi)電場滿足小于0.05MV/cm。因此對于ON偏置來說，可通過對比X射線與⁶⁰Coγ射線ΔV_ot隨劑量的變化關(guān)系提取劑量增強因子DEF。

如圖2所示，ON偏置條件下X射線與⁶⁰Coγ射線兩種輻射由埋氧層陷阱電荷引起的背柵閾值電壓漂移的ΔV_ot與平衡劑量之間的關(guān)系的示例。示例圖中得到的DEF＝1.60。

值得注意的是，劑量增強效應(yīng)是一種界面效應(yīng)，只與氧化層厚度、器件結(jié)構(gòu)有關(guān)，和氧化層內(nèi)電場無關(guān)；而最初復(fù)合效應(yīng)與電場有關(guān)，但與氧化層厚度、器件結(jié)構(gòu)無關(guān)。因而對于同樣的器件，在10keV X射線輻射下其劑量增強系數(shù)是不變的。

根據(jù)ON偏置條件下，提取出的DEF＝1.60(X射線/⁶⁰Coγ射線)，可以利用X射線的試驗數(shù)據(jù)推導(dǎo)得出其他各種偏置條件下⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)。將DEF乘以平衡劑量水平可以得到實際吸收劑量水平。在其他偏置條件下根據(jù)經(jīng)驗值及研究數(shù)據(jù)，X射線照射下的電荷產(chǎn)額約為⁶⁰Coγ射線照射下的70％。因而將X射線試驗數(shù)據(jù)的橫坐標(輻照劑量水平)乘以DEF，再將輻照造成的閾值電壓漂移量(縱坐標)乘以因子0.7，即可得到⁶⁰Coγ射線的輻射響應(yīng)。

以PG偏置下的實驗數(shù)據(jù)為例。根據(jù)劑量增強因子DEF＝1.60，則X射線在平衡劑量水平分別為55.56krad(SiO2)、0.28Mrad(SiO2)和0.56Mrad(SiO2)時的實際吸收劑量分別為88.9krad(SiO2)、0.45Mrad(SiO2)和0.9Mrad(SiO2)。在PG偏置下，埋氧層內(nèi)電場較高(>0.3MV/cm)，此時兩種輻射下電荷產(chǎn)額差異明顯，取X射線的電荷產(chǎn)額為⁶⁰Co的70％。分別考慮兩種效應(yīng)的影響后，我們將X射線推導(dǎo)的ΔV_ot隨總劑量的變化關(guān)系與實際⁶⁰Coγ射線曲線作了比較，如圖3所示。以同樣的方法，利用OFF偏置下的實驗數(shù)據(jù)進行了推導(dǎo)，結(jié)果如圖4所示。通過兩次在不同的偏置條件下的X射線實驗數(shù)據(jù)推導(dǎo)的曲線與60Co實際曲線對比可見，推導(dǎo)的結(jié)果與實際值能很好的吻合，從而證明了ON偏置條件下提取的劑量增強因子是合理的，由X射線輻射響應(yīng)推導(dǎo)⁶⁰Coγ射線輻射響應(yīng)的整個推導(dǎo)方法精度較高。