[发明专利]一种单粒子辐照引入的涨落的表征方法及应用

说明书

本发明公开了一种单粒子辐照引入的涨落的表征方法及应用，通过测试提取单粒子辐照前后多个不同尺寸器件的阈值电压分布，获得单粒子辐照引起的阈值电压涨落，进而对工艺涨落模型进行修正，修正辐射环境下工作的电路设计裕度要求。本发明计算方法简单，应用范围广，可以面向不同技术代和不同辐射环境应用需求，修正辐射环境下工作的电路设计裕度要求，提高纳米级集成电路在辐射环境下工作的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种单粒子辐照引入的涨落的表征方法，属于微电子器件可靠性领域。

背景技术

随着集成电路技术的飞速发展，器件特征尺寸已缩小到纳米尺度。纳米级器件的涨落性成为了影响器件及电路特性的一个重要因素。以纳米级MOSFET为例，工艺波动引入的涨落会影响器件的性能。例如，MOS器件沟道中掺杂原子数量较少，杂质原子的数量、位置分布不同将为器件的阈值电压、开态电流等参数带来显著差异，这种随机涨落通常被称为随机掺杂涨落。此外，常见的涨落还包括线宽粗糙度、金属功函数涨落等。工艺涨落对器件特性的影响成为了纳米级集成电路设计重要的考量因素之一，需要留出合理的设计裕度以避免因为涨落导致的电路功能错误、可靠性降低甚至失效。

此外，为了满足面向航天应用集成电路越来越高的性能要求，急需增强纳米级集成电路在辐射环境下工作的可靠性。工作在空间辐射环境中的微电子器件受到重离子、质子、中子等辐照后，会产生单粒子效应。一方面，带电粒子会在器件内部电离产生大量电子空穴对，这些电荷被电极吸收后形成单粒子瞬态电流，并在电路中形成瞬态脉冲，或在存储器单元阵列中形成单粒子翻转等瞬态效应。另一方面，带电粒子电离产生的电子空穴对可能被氧化层中的陷阱俘获从而产生微剂量效应，或者在半导体材料中产生位移损伤，它们都会导致器件直流特性发生退化，如阈值电压漂移等，引起集成电路失配增大、性能降低甚至功能失效。目前针对单粒子瞬态效应、微剂量效应和位移损伤已有大量深入的研究，然而单粒子对器件涨落性的影响还不明确。

由于单粒子入射具有随机性，且其辐射损伤具有局域性，因此单粒子辐照可能会对器件特性涨落产生影响，进而影响辐射环境下工作的集成电路设计裕度要求。目前在进行电路设计时没有考虑单粒子辐照引入的涨落，设计的电路可能会因为单粒子辐照引入的器件涨落而可靠性降低。因此，为了提高工作在空间辐射环境中的微电子器件和电路的可靠性，本发明提出一种单粒子辐照引入的涨落的表征方法，可以修正辐射环境下工作的电路设计裕度要求，提高电路工作可靠性。

发明内容

为了提高工作在空间辐射环境中的微电子器件和电路的可靠性，本发明提出一种单粒子辐照引入的涨落的表征方法。本发明的技术方案如下：

一种单粒子辐照引入的涨落的表征方法，其主要特征是，测试提取单粒子辐照前后多个不同尺寸器件的阈值电压分布，获得单粒子辐照引起的阈值电压涨落，进而对工艺涨落模型进行修正，修正辐射环境下工作的电路设计裕度要求。

具体的，本发明提供的单粒子辐照在器件中引入的涨落的表征方法包括如下步骤：

第一步，针对器件的具体应用需求，预估其全寿命周期内单粒子辐射总通量和粒子类型；

第二步，针对待评估技术代器件，选取多个不同尺寸器件，测试辐照前器件转移特性曲线(I_D～V_G)_pre；

第三步，对第二步中的所有器件进行单粒子辐照实验，并测试辐照后器件转移特性曲线(I_D～V_G)p_ost；

第四步，提取辐照前后器件阈值电压，计算各个尺寸器件阈值电压标准差σ_ΔVT；

第五步，绘制辐照前后阈值电压涨落Pelgrom图其中W为器件等效栅宽，L为器件等效栅长；

第六步，根据Pelgrom图，计算单粒子辐照在待评估技术代器件中引起的涨落σ_SEE(WL)。