[发明专利]一种总剂量辐照对PMOSFET负偏压温度不稳定性影响的试验方法

说明书

本发明涉及一种总剂量辐照对PMOSFET负偏压温度不稳定性影响的试验方法，该方法是由试验样品分组及测试参数选择；试验样品的总剂量辐照及退火试验；试验样品的负偏压温度不稳定性测量组成，为了保证试验结果的一致性和准确性，首先将样品分为预辐照组、对比组及两个摸底试验组，在摸底试验的基础上对预辐照组开展确定条件下总剂量辐照和退火试验，再将对比组和预辐照组开展相同条件下的负偏压温度不稳定性试验，对比试验结果，获得总剂量辐照对样品负偏压温度不稳定性的影响。本发明提供的方法能够表征总剂量辐照对P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管负偏压温度不稳定性的影响。

技术领域

本发明涉及微电子器件特殊环境应用的可靠性测试技术领域，具体涉及一种总剂量辐照对PMOSFET负偏压温度不稳定性影响的试验方法，属于微电子技术领域、抗辐射技术领域。

背景技术

随着半导体工艺的进步，金属氧化物半导体(MOS)器件特征尺寸已进入到纳米领域。将纳米器件应用于航天器电子系统，可实现系统的高速、低功耗、小型轻便化。然而，纳米器件具有负偏压温度不稳定性(NBTI)、热载流子、栅介质经时击穿等可靠性问题，会导致器件性能退化，威胁系统安全。负偏压温度不稳定性(NBTI)效应是指，器件上施加的电压应力在较长时间或者高温加速作用下，产生陷阱电荷，使器件的阈值电压漂移，跨导降低，亚阈摆幅增加，并且退化幅度与应力时间服从指数关系。负偏压温度不稳定性(NBTI)效应是影响P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)使用寿命的关键问题之一。

在空间应用的纳米器件，同时受到总剂量辐射和自身可靠性的双重作用，其失效率由二者共同决定。更为复杂的是，总剂量辐射损伤引入的缺陷与负偏压温度不稳定性(NBTI)退化具有相关性，前者很可能会对后者产生影响。总剂量辐射环境下器件的NBTI效应与非辐射环境下器件的NBTI效应不同。为了准确评估空间辐射环境下器件的NBTI性能，保障器件在辐射环境下的可靠性，必须要开展总剂量辐照对NBTI的影响研究。

近年来，总剂量辐照对PMOSFET NBTI的影响已引起国内外关注。国外关于氧化铪(HfO₂)栅介质器件在总剂量辐照后的NBTI效应研究指出总剂量辐照会加重NBTI损伤。国内关于0.18μm PMOS二氧化硅(SiO₂)栅介质器件的研究指出，辐照后NBTI引起的阈值电压双向漂移会影响互补金属氧化物半导体(CMOS)器件与电路的稳定工作。由于试验方法对试验结果非常重要，只有建立完善的试验方法，才能准确分析总剂量辐射损伤对器件NBTI的影响。然而，目前国内外尚未有相关测试标准或测试规范。

本发明提出一种总剂量辐照对PMOSFET负偏压温度不稳定性影响的试验方法，在总剂量辐射损伤机理和负偏压温度不稳定性(NBTI)退化机制的基础上，分别设计了样品分组试验、总剂量辐照和退火试验方法、负偏压温度不稳定性(NBTI)测量方法。综合以上方法，提出的试验方法能够反映总剂量辐射对PMOSFET，负偏压温度不稳定性(NBTI)的影响。

发明内容

本发明目的在于，提供一种总剂量辐照对PMOSFET负偏压温度不稳定性影响的方法，该方法包括试验样品分组及测试参数选择方法；试验样品的总剂量辐照及退火试验方法；试验样品的负偏压温度不稳定性测量方法。由于总剂量辐照对负偏压温度不稳定性的影响的主要因素为：工艺波动导致的个体差异对试验结果有很大影响，辐照与退火过程决定了总剂量辐照引入缺陷的形成和恢复，直接影响后续的负偏压温度不稳定性退化过程。由于负偏压温度不稳定性具有快速恢复特性，其测量方法对试验结果有重要影响。因此，为了保证试验结果的一致性和准确性，首先将样品分组，在摸底试验的基础上按照规定的方法对预辐照组开展确定条件下总剂量辐照和退火试验，再将对比组和预辐照组开展相同条件下的负偏压温度不稳定性试验，对比试验结果，获得总剂量辐照对样品负偏压温度不稳定性的影响。本发明所述方法能够表征总剂量辐照对PMOSFET负偏压温度不稳定性的影响。