[发明专利]自退火芯片及自退火系统

说明书

本发明公开了一种自退火芯片及自退火系统，该自退火芯片包括控制模块和加热模块，控制模块包括PMOS总剂量辐射探头，其中，PMOS总剂量辐射探头在受到外部辐射时阈值电压减小；控制模块用于接收参考电压，并在阈值电压减小至小于或等于参考电压的情况下输出第一控制信号从而控制加热模块进行发热；在加热过程中阈值电压经退火后恢复；控制模块还用于在阈值电压恢复至大于参考电压的情况下输出第二控制信号从而控制加热模块停止发热。该自退火芯片具有很好的抗总剂量辐射能力，且能够根据PMOS总剂量辐射探头的阈值电压的漂移情况自动的启动/关闭热退火处理功能，有效的保证了对自退火芯片以及待保护芯片热退火处理的实时性和准确性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种自退火芯片及自退火系统。

背景技术

长期工作在辐射环境下的设备，其中的半导体器件在持续的电离辐射的作用下，会发生诸如阈值电压漂移、跨导降低、亚阈值电流增大、低频噪声增大等问题，甚至会导致半导体器件失效，这就是总剂量辐照效应。总剂量辐照效应主要由电离辐射在氧化层中以及氧化层或硅界面产生的电荷和缺陷引起。

已有研究表明，在对辐射后的半导体器件进行热处理即退火处理时，器件氧化层中的陷阱空穴会被激发到氧化层价带，并且与Si/SiO₂界面或硅衬底的电子复合，使得器件氧化层中的陷阱电荷不断减少，最终可以使得器件的阈值电压恢复到正常值。因此，目前一般采用对待保护的芯片进行加热退火的方式来减小总剂量辐射效应对器件造成的影响。

现有的一种加热退火的方式是采用多个分立器件搭建成加热系统，并将待保护的芯片以及加热系统等电路通过PCB板集成，从板级进行加热退火工作。但是这种方案的集成度较低，而且由于加热系统需要在PCB板上均匀分布，因此需占据大量的面积；同时应用此种方式需要根据不同的待保护芯片适应性布局加热系统，导致其通用性较低。

现有的另一种加热退火的方式是在制作待保护芯片时，将加热器或加热丝集成到待保护芯片的有源区内，在后续待保护芯片工作时，通过预留的接触孔对加热器或加热丝外加电流或电压的方式实现对待保护芯片的加热退火。这种方案的集成度较高，但其主要还是通过施加外部控制源的方式进行退火处理，其退火效果比较依赖于外部控制源，致使其无法保证退火处理的实时性、准确性和可靠性，当发生总剂量辐照效应而未及时处理或未处理时，很容易引起整个系统无法正常工作。同时，集成在半导体衬底中的加热器或加热丝的可布置区域有限，通用性差。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自退火芯片及自退火系统，该自退火芯片能够根据PMOS总剂量辐射探头的阈值电压的漂移情况自动启动/关闭热退火处理，有效的保证了对自退火芯片以及待保护芯片热退火处理的实时性和准确性，而且具有集成度高、尺寸小、结构简单的特点。

根据本公开第一方面，提供了一种自退火芯片，包括：控制模块和加热模块，控制模块包括PMOS总剂量辐射探头，

其中，PMOS总剂量辐射探头在受到外部辐射时阈值电压减小；控制模块用于接收参考电压，并在阈值电压减小至不超过参考电压的情况下输出第一控制信号从而控制加热模块进行发热；在加热过程中阈值电压恢复；控制模块还用于在阈值电压恢复至大于参考电压的情况下输出第二控制信号从而控制加热模块停止发热。

可选地，控制模块还包括：比较器，其正相输入端与PMOS总剂量辐射探头的输出端连接以接收上述阈值电压，其反相输入端用于接收上述参考电压，其输出端用于输出第一控制信号和第二控制信号的其中之一。

可选地，加热模块包括P型MOSFET和发热元件，其中：

P型MOSFET的源极用于接收激励信号，栅极用于接收控制信号，漏极与发热元件的一端连接；发热元件的另一端用于与参考地连接；