倒掺杂结构pdsoi器件的抗辐射研究

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1、倒掺杂结构PDSOI器件的抗辐射研究第9卷第20期2009年1O月1671—1819(2009)20.6013—04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVol.9No.200ct.2009@2009Sci.Tech.Engng.通信技术倒掺杂结构PDSOI器件的抗辐射研究韩木光吴龙胜陈超方勇刘佑宝(西安微电子技术研究所，西安710075)摘要为了提高SOI器件抗总剂量能力，采用了倒掺杂结构.研究了倒掺杂结构PDSOI器件抗总剂量能力的增强,介绍了该结构对寄生NPN

2、晶体管的抑制作用.发现倒掺杂结构不仅提高了器件的抗总剂量能力，对器件的抗单粒子能力也有所提高.基于0.35mSOI工艺线，结合ISETCAD软件对器件的电学特性进行仿真，比较了流片测试数据和仿真数据•着重研究倒掺杂结构PDSOI器件较常规PDSO1器件抗SEU能力的改善，并对SOI器件单粒子辐射的电荷收集效应进行了模拟与仿真.关键词倒掺杂PDSOI单粒子翻转电荷收集线性能量转移值中图法分类号TN305.3;文献标志码ASOI技术是一种全介质隔离技术，有许多体硅技术不可比拟优越性・SOI器件具有低功耗，抗

3、干扰能力强，集成度高，并且彻底消除了体硅CMOS器件的寄牛闩锁效应,SOI器件较高的抗辐射能力更是广泛应用于太空及军事领域J.由于隔离墙及埋氧层的存在使其抗总剂量的能力较差，但随着特征尺寸的减小，氧化层的厚度减小，总剂量辐射对SOI器件的阈值的影响越来越小;虽然SOI器件能够消除单粒子引起的闩锁，但是对于单粒子翻转，随着特征尺寸的减小，敏感节点的临界电荷降低，使这些节点更容易发生翻转，如果翻转的状态被锁存器存储，将导致错误的数据信息被存储.本文首先对比了倒掺杂结构SOI器件的电学仿真数据和测试数据，接下

4、来简要介绍了倒掺杂结构SOI器件对总剂量条件下背沟漏电和寄生NPN效应的抑制作用，最后重点仿真单粒子辐射条件下的电荷收集效应•通过两种结构仿真结果的对比，结合理论说明了倒掺杂结构SOI器件具有较高抑制电荷收集的能力，从而说明了该结构提高了器件的抗SEU能力.2009年7月3日收到1电学特性仿真与测试结果如图1为工艺仿真得到的N型SOI器件结构图，其中NPN晶体管符号图为寄牛NPN管,可以看岀倒掺杂结构在靠进埋氧的体区掺杂浓度较高.纂Dc.onciffilpinoranOn1.1〜10〜图1工艺仿真牛成的

5、倒掺杂结构SOI器件图2为基于TCAD仿真和流片测试所得倒掺杂结构器件的,d—特性数据，图3为基于TCAD仿真和流片测试所得倒掺杂结构器件的Id—特性数据.科学技术与工程9卷，一仿真和测试条件为:温度为27°C,Vd从0增加到3.5V,栅压.分别选择0.3V,1.3V,2.3V和3.3V,体源电压为OV.Ia-.tt真和测试条件为:温度为27°C,从一1.35增加倒3.6V,漏端电压为0.05V,体源电压为0V.可以看出仿真结果与测试结果拟合的很好.2倒掺杂对背沟漏电的抑制总剂量辐射主要在氧化层屮以及在

6、氧化层一硅界面产生电荷和缺陷，从而引起器件的阈值电压漂移，跨导降低，亚阈值电流增大，低频噪声增大」］•总剂量辐射在SOI器件埋氧化层中产生的电荷会引起背界而反型，前栅无法控制器件，引起背沟漏电,器件无法关断，从而影响器件的特性.如图1所示为倒掺杂结构SOI器件，倒掺杂结构是在对器件有源区进行掺杂时，采用较大的离子注入能量和剂量，在体区靠近埋氧层的位置形成掺杂浓度较高的区域，掺杂类型和体区相同.由公式J:图2测试所得一曲线和仿真所得一曲线恚+(2+・其中，是掺杂浓度•可见，倒掺杂结构在靠近埋图3测试所得一

7、曲线和仿真所得一曲线氧的体区形成的高浓度掺杂区域提高了背栅的阈值电压，从而有效地降低了背沟漏电，增强了器件的抗总剂量辐射的能力.3倒掺杂对寄生NPN管的抑制如图1所示，由SOI器件的源一漏一体形成了寄生NPN晶体管，器件的源一漏一体分别为寄生NPN管的发射极,集电极和基极•当器件处于亚阈值状态时，漏端电压足够高(・=5V),—定的亚阈电流会在漏端高场区引起碰撞电离，产生的空穴在体中堆积,抬高了体电势，由源一漏一体形成的寄生NPN管发生正向导通，从而使电流增大•另一种机制为,当单粒子打入器件的漏区时，由于

8、电荷收集效应，电子被漏端收集，空穴被体区收集，也能抬高体电势，导致寄生NPN管正向导通.倒掺杂结构增大了体区掺杂浓度,由公式J：而1.2r6D,D.No其中,1¥八为基区掺杂浓度，可见掺杂浓度的增大有效地降低了寄生NPN管正向导通时的放大倍数，从20期韩本光，等:倒掺杂结构PDSOI器件的抗辐射研究6015而有效的抑制了寄牛NPN效应.4单粒子辐射效应仿真4.1瞬态脉冲仿真结果当高能粒子射人器件时,粒子损失能量并产生大量电子一空穴对,这些电