超陡倒掺杂分布对超深亚微米金属-氧化物-半导体器件总剂量辐照特性的改善

王思浩; 鲁庆; 王文华; 安霞; 黄如

doi:10.7498/aps.59.1970

摘要

析了沟道中超陡倒掺杂和均匀掺杂两种情况下超深亚微米MOS器件的总剂量辐照特性，主要比较了两种掺杂分布的器件在辐照情况下的泄漏电流与阈值电压的退化特性.结果表明，在辐照剂量500 krad情况下，由于器件俘获的空穴量饱和，超陡倒掺杂的改善没有那么明显.但超陡倒掺杂的阈值电压漂移量比均匀掺杂的情况小约40 mV.超陡倒掺杂有利于改善器件的总剂量辐照特性.文中还给出了用于改善器件辐照特性的超陡倒掺杂分布的优化设

关键词:

Abstract

Total ionizing dose （TID） effects of the deep submicron MOSFET （metal oxide semiconductor field effect transistor） with delta doping profiles and uniform doping profiles in the channel region are analyzed in this paper. The influence of both doping profiles on the leakage current and threshold voltage is investigated. The results show that, the leakage current of MOSFET with delta doping profile is 2—3 orders lower than that with the uniform doping profile when the radiation dose is lower than 500 krad. Yet when the radiation dose is higher than 500 krad, the delta doping profile dose not show significant improvement compared with uniform doping profile as the trapped holes in the MOSFET saturate. But the threshold voltage shift is about 40 mV less than that with the uniform doping profile. Therefore, the TID effects of the deep submicron MOSFET can be improved by adopting the delta doping profile. The optimization of the delta-doping profile to further improve the TID effects is also given in this paper, which provides the guideline for the radiation hardened design.

Keywords:

作者及机构信息

(1)北京大学微电子学深圳研究院,集成微系统重点实验室，北京 100871; (2)北京大学微电子学深圳研究院,集成微系统重点实验室，北京 100871；长春理工大学，微电子系，长春 130022

基金项目: 国家自然科学基金（批准号:60836004,60625403）和国家重点基础研究发展计划（973）项目（批准号:2006CB302701）资助的课题.

Authors and contacts

(1)北京大学微电子学深圳研究院,集成微系统重点实验室，北京 100871; (2)北京大学微电子学深圳研究院,集成微系统重点实验室，北京 100871；长春理工大学，微电子系，长春 130022

参考文献

[1]	［1］Jim Schwank et al 2002 IEEE NSREC Short Course Ⅲ-4
[2]	［2］ Saks N S, Ancona M G, Modolo J A 1984 IEEE Trans. Nucl. Sci. 31 1249
[3]	［3］ Shaneyfelt M R, Dodd P E, Draper B L, Flores R S 1998 IEEE Trans. Nucl. Sci. 45 2584
[4]	［4］Henson W K, Yang N, Kubicek S, Vogel E M, Wortman J J, DeMeyer K, Naem A 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 1393
[5]	［5］Turowski M, Raman A, Schrimpf R D 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 51 3166
[6]	［6］Brisset C，Ferlet-cavrois V, Flament O, Mussesu O, Leray J L, Pelloie J L, EscoEer R, Michez A, Cirba C, Bordure G 1996 IEEE Trans Nucl Sci. 43 2651
[7]	［7］Li R M, Du L, Zhuang Y Q, Bao J L 2007 Acta. Phys. Sin. 56 3400 （in Chinese ）［李瑞珉、杜磊、庄奕琪、包军林2007 物理学报 56 3400］
[8]	［8］Peng S Q, Du L, Zhuang Y Q, Bao J L, He L, Chen W H 2008 Acta. Phys. Sin. 57 5205 （in Chinese ）［彭绍泉、杜磊、庄奕琪、包军林、何亮、陈伟华 2008 物理学报 57 5205］
[9]	［9］Shaneyfelt M R, Dodd P E, Draper B L, Flores R S 1998 IEEE Trans. Nucl. Sci. 45 2584
[10]	］Lacoe R C, Osborn J V, Mayer D C, Witczak S C, Brown S, Robertson R 1999 in Proc. Radiation Effects Data Workshop 82
[11]	］Lacoe R C 2002 in Proc. Int. Reliability Physics Symp 376
[12]	］Jacunski M D, Peckerar M C 1992 IEEE Trans. Nucl. Sci. 39 1947
[13]	］Li D M, Wang Z H, Hf L Y, Gou Q J 2007 Chin. Phys. 16 3760
[14]	］Krantz R J, Aukerman L W, Zietlow T C 1987 IEEE Trans. Nucl. Sci. 34 1196
[15]	］Ma T P, Dressendorfer P V 1989 Ionizing Radiation Effects in MOS Devices and Circuits （New York: Wiley-Interscience） 87
[16]	］Aitken M, Young D R 1977 IEEE Trans. Nucl. Sci. 24 2128
[17]	］Mott N F 1977 Adv. Phys. 26 363
[18]	］Hughes R C 1975 Phys. Rev. B 15 2012
[19]	］TCAD Sentaurus Device User’s Manual, 2005 Synopsys, Mountain View, CA
[20]	］Esqueda I S, Barnaby H J, Alles M L 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 52 2259

施引文献

[1]	［1］Jim Schwank et al 2002 IEEE NSREC Short Course Ⅲ-4
[2]	［2］ Saks N S, Ancona M G, Modolo J A 1984 IEEE Trans. Nucl. Sci. 31 1249
[3]	［3］ Shaneyfelt M R, Dodd P E, Draper B L, Flores R S 1998 IEEE Trans. Nucl. Sci. 45 2584
[4]	［4］Henson W K, Yang N, Kubicek S, Vogel E M, Wortman J J, DeMeyer K, Naem A 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 1393
[5]	［5］Turowski M, Raman A, Schrimpf R D 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 51 3166
[6]	［6］Brisset C，Ferlet-cavrois V, Flament O, Mussesu O, Leray J L, Pelloie J L, EscoEer R, Michez A, Cirba C, Bordure G 1996 IEEE Trans Nucl Sci. 43 2651
[7]	［7］Li R M, Du L, Zhuang Y Q, Bao J L 2007 Acta. Phys. Sin. 56 3400 （in Chinese ）［李瑞珉、杜磊、庄奕琪、包军林2007 物理学报 56 3400］
[8]	［8］Peng S Q, Du L, Zhuang Y Q, Bao J L, He L, Chen W H 2008 Acta. Phys. Sin. 57 5205 （in Chinese ）［彭绍泉、杜磊、庄奕琪、包军林、何亮、陈伟华 2008 物理学报 57 5205］
[9]	［9］Shaneyfelt M R, Dodd P E, Draper B L, Flores R S 1998 IEEE Trans. Nucl. Sci. 45 2584
[10]	］Lacoe R C, Osborn J V, Mayer D C, Witczak S C, Brown S, Robertson R 1999 in Proc. Radiation Effects Data Workshop 82
[11]	］Lacoe R C 2002 in Proc. Int. Reliability Physics Symp 376
[12]	］Jacunski M D, Peckerar M C 1992 IEEE Trans. Nucl. Sci. 39 1947
[13]	］Li D M, Wang Z H, Hf L Y, Gou Q J 2007 Chin. Phys. 16 3760
[14]	］Krantz R J, Aukerman L W, Zietlow T C 1987 IEEE Trans. Nucl. Sci. 34 1196
[15]	］Ma T P, Dressendorfer P V 1989 Ionizing Radiation Effects in MOS Devices and Circuits （New York: Wiley-Interscience） 87
[16]	］Aitken M, Young D R 1977 IEEE Trans. Nucl. Sci. 24 2128
[17]	］Mott N F 1977 Adv. Phys. 26 363
[18]	］Hughes R C 1975 Phys. Rev. B 15 2012
[19]	］TCAD Sentaurus Device User’s Manual, 2005 Synopsys, Mountain View, CA
[20]	］Esqueda I S, Barnaby H J, Alles M L 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 52 2259

[1]	李济芳, 郭红霞, 马武英, 宋宏甲, 钟向丽, 李洋帆, 白如雪, 卢小杰, 张凤祁. 石墨烯场效应晶体管的X射线总剂量效应. 物理学报, 2024, 73(5): 058501. doi: 10.7498/aps.73.20231829
[2]	张晋新, 王信, 郭红霞, 冯娟, 吕玲, 李培, 闫允一, 吴宪祥, 王辉. 三维数值仿真研究锗硅异质结双极晶体管总剂量效应. 物理学报, 2022, 71(5): 058502. doi: 10.7498/aps.71.20211795
[3]	张书豪, 袁章亦安, 乔明, 张波. 超薄屏蔽层300 V SOI LDMOS抗电离辐射总剂量仿真研究. 物理学报, 2022, 71(10): 107301. doi: 10.7498/aps.71.20220041
[4]	张晋新, 王信, 郭红霞, 冯娟. 基于三维数值仿真的SiGe HBT总剂量效应关键影响因素机理研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211795
[5]	陈睿, 梁亚楠, 韩建伟, 王璇, 杨涵, 陈钱, 袁润杰, 马英起, 上官士鹏. 氮化镓基高电子迁移率晶体管单粒子和总剂量效应的实验研究. 物理学报, 2021, 70(11): 116102. doi: 10.7498/aps.70.20202028
[6]	李顺, 宋宇, 周航, 代刚, 张健. 双极型晶体管总剂量效应的统计特性. 物理学报, 2021, 70(13): 136102. doi: 10.7498/aps.70.20201835
[7]	邓小庆, 邓联文, 何伊妮, 廖聪维, 黄生祥, 罗衡. InGaZnO薄膜晶体管泄漏电流模型. 物理学报, 2019, 68(5): 057302. doi: 10.7498/aps.68.20182088
[8]	秦丽, 郭红霞, 张凤祁, 盛江坤, 欧阳晓平, 钟向丽, 丁李利, 罗尹虹, 张阳, 琚安安. 铁电存储器60Co γ射线及电子总剂量效应研究. 物理学报, 2018, 67(16): 166101. doi: 10.7498/aps.67.20180829
[9]	彭超, 恩云飞, 李斌, 雷志锋, 张战刚, 何玉娟, 黄云. 绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究. 物理学报, 2018, 67(21): 216102. doi: 10.7498/aps.67.20181372
[10]	周航, 崔江维, 郑齐文, 郭旗, 任迪远, 余学峰. 电离辐射环境下的部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管可靠性研究. 物理学报, 2015, 64(8): 086101. doi: 10.7498/aps.64.086101
[11]	王信, 陆妩, 吴雪, 马武英, 崔江维, 刘默寒, 姜柯. 深亚微米金属氧化物场效应晶体管及寄生双极晶体管的总剂量效应研究. 物理学报, 2014, 63(22): 226101. doi: 10.7498/aps.63.226101
[12]	李维勤, 刘丁, 张海波. 高能电子照射绝缘样品的泄漏电流特性. 物理学报, 2014, 63(22): 227303. doi: 10.7498/aps.63.227303
[13]	卓青青, 刘红侠, 杨兆年, 蔡惠民, 郝跃. 偏置条件对SOI NMOS器件总剂量辐照效应的影响. 物理学报, 2012, 61(22): 220702. doi: 10.7498/aps.61.220702
[14]	李明, 余学峰, 薛耀国, 卢健, 崔江维, 高博. 部分耗尽绝缘层附着硅静态随机存储器总剂量辐射损伤效应的研究. 物理学报, 2012, 61(10): 106103. doi: 10.7498/aps.61.106103
[15]	刘张李, 胡志远, 张正选, 邵华, 宁冰旭, 毕大炜, 陈明, 邹世昌. 0.18 m MOSFET器件的总剂量辐照效应. 物理学报, 2011, 60(11): 116103. doi: 10.7498/aps.60.116103
[16]	王义元, 陆妩, 任迪远, 郭旗, 余学峰, 何承发, 高博. 双极线性稳压器电离辐射剂量率效应及其损伤分析. 物理学报, 2011, 60(9): 096104. doi: 10.7498/aps.60.096104
[17]	何宝平, 丁李利, 姚志斌, 肖志刚, 黄绍燕, 王祖军. 超深亚微米器件总剂量辐射效应三维数值模拟. 物理学报, 2011, 60(5): 056105. doi: 10.7498/aps.60.056105
[18]	贺朝会, 耿斌, 何宝平, 姚育娟, 李永宏, 彭宏论, 林东生, 周辉, 陈雨生. 大规模集成电路总剂量效应测试方法初探. 物理学报, 2004, 53(1): 194-199. doi: 10.7498/aps.53.194
[19]	贺朝会, 耿斌, 杨海亮, 陈晓华, 李国政, 王燕萍. 浮栅ROM器件辐射效应机理分析. 物理学报, 2003, 52(9): 2235-2238. doi: 10.7498/aps.52.2235
[20]	贺朝会, 耿斌, 杨海亮, 陈晓华, 王燕萍, 李国政. 浮栅ROM器件的辐射效应实验研究. 物理学报, 2003, 52(1): 180-187. doi: 10.7498/aps.52.180

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