XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017重离子辐照对深亚微米MOS器件栅介质可靠性影响的研究1马腾2017年10月13日,北京·高能所中国科学院新疆理化技术研究所XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017汇报提纲研究背景与意义实验简介实验结果机理分析总结2XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017随着科学技术的发展，微电子器件在航空航天、军事、能源领域广泛应用研究背景与意义研究背景与意义3高性能，低功耗的微纳米器件在该领域的应用受到广泛关注XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017芯片工艺发展趋势→高集成度、高可靠性器件内部电场随着特征尺寸的变化趋势内部电场增强导致各类物理效应凸显有效途径新结构（如LDD）新材料（如H-K）一、研究背景及意义研究背景与意义研究背景与意义4XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017一、研究背景及意义研究背景与意义研究背景与意义深空辐射环境下的器件失效模式与失效率示意图5XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017(1)原因一：随着特征尺寸的缩小，内部电场增强(2)原因二：辐照导致氧化层损伤1.热载流子注入2.栅介质软击穿3.介质经时击穿效应4.7MV/cm5MV/cm因此，对辐射环境下栅介质的可靠性研究变得尤为重要。研究背景与意义研究背景与意义6XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017样品描述：0.13umPDSOIMIS电容，面积为45*100um2，四种不同的样品分别代表电路设计中四种不同的分立器件。器件类型栅氧厚度宽长比（W/L）辐照偏置总注量1.2VN+Pwell约2nm45/100（um）零偏107/cm23.3VN+Pwell约6.8nm45/100（um）零偏/加偏107/cm21.2VP+Nwell约2nm45/100（um）零偏107/cm23.3VP+Nwell约6.8nm45/100（um）零偏107/cm2实验简介实验简介7XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’20170123451.0x10-122.0x10-123.0x10-124.0x10-125.0x10-126.0x10-127.0x10-12IG/AVGS/V辐照前辐照后Ileakage辐照前后3.3N型器件栅氧电流的变化0.00.51.01.52.02.5-5.0x10-110.05.0x10-111.0x10-101.5x10-102.0x10-102.5x10-103.0x10-103.5x10-10IG/AVG/V辐照前辐照后辐照前后1.2N型器件栅氧电流的变化浮空偏置的重离子试验中，我们没有观测到明显的漏电而只是略有上升。栅极泄露电流实验结果实验结果8XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’20170500100015002000250030003500400045002.0x10-54.0x10-56.0x10-58.0x10-51.0x10-41.2x10-41.4x10-41.6x10-41.8x10-42.0x10-4IGDose/GyIG,leakage·SiO2→→→→SiPolygate→辐射导致势垒降低↓↑栅压导致势垒降低↓↑→价带导带···辐照前辐照后辐照前的能带辐照后的能带++++辐照诱生Qot辐照前与不同总剂量辐照下的栅氧层漏电图与能带解释这种偏置情况下的漏电来源不是由于栅氧层结构改变而是由于电离能损带来的MIS结构能带的变化。栅氧泄露电流的主要来源是FN隧穿电流，该电流大小强烈依赖于能带的弯曲程度实验结果实验结果9XJIPC中国科学院新疆理化技术研究所XINJIANGTECHNICALINSTITUTEOFPHYSICSANDCHEMISTRY,CAS首届全国辐射探测微电子学术年会NME’2017初值辐照后退火后2.342.362.382.402.422.442.462.48Ileakage/pA初值辐照后退火后234Ileakage/pA辐照与退火前后器件的...
