一种SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法技术

本发明专利技术涉及一种脉冲激光等效LET值检测方法，包括以下步骤：在去除SOI器件硅衬底之后，对SOI器件进行辐照扫描，得到SOI器件发生单粒子效应的入射激光能量；根据空气、埋氧层和硅的折射率、激光从空气到埋氧层的反射和透射系数、从埋氧层到空气的反射透射系数、从埋氧层到硅的反射和透射系数以及从硅到埋氧层的反射和透射系数，计算激光穿过SOI器件的埋氧层的能量透射率；根据到达灵敏区时的激光光斑半径和灵敏区的横向尺寸计算光斑影响参数；根据所述入射激光能量、能量透射率和光斑影响参数确定脉冲激光等效LET值。所述方法能够快速、低成本、更为准确地获得器件单粒子效应敏感度的关键指标LET值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间辐射
，特别是涉及一种SOI器件的脉冲激光等效LET值检 测方法。
技术介绍
单粒子效应是影响器件空间可靠性的最重要的电离辐射效应之一，严重威胁航天 器在轨的安全可靠运行。器件抗单粒子效应特性的评估一般采用高能重离子加速器和质子 加速器进行。但由于重离子、质子加速器等大型试验装置的运行和操作的实际问题，往往会 导致单粒子效应评估试验的周期和成本大幅提高，甚至严重阻碍器件的正常研制和空间任 务的顺利完成。相对与加速器大型试验装置而言，脉冲激光模拟器件单粒子效应试验手段 具有精确的单粒子效应空间和时间分辨特性，能量连续可调，无放射性，无须抽真空，操作 便捷，试验效率高，成本低等特点。因而脉冲激光作为有效的单粒子效应评估方式在国内外 都得到了广泛的应用，已经成为单粒子效应特性评估和防护设计验证的有效手段。近年来， 国内外都建立了脉冲激光模拟单粒子效应试验装置，形成了快速、成本低的器件单粒子效 应敏感度评估能力。 LET(Linear Energy Transfer，线性能量转移)值是评价宇航电子器件单粒子效 应敏感性的关键工程技术指标之一。由于脉冲激光、重离子诱发器件单粒子效应的物理机 制不完全相同，而且在实际试验中，聚焦后的激光光斑尺寸受到激光波长、聚焦装置、光学 衍射等限制，激光的电离径迹宽度比重离子的电离径迹宽度大得多。另外，随着器件集成度 的提高，器件正面金属层越来越密集，脉冲激光正面入射辐照器件的试验技术受到很大限 制，而脉冲激光背部辐照器件的试验技术得到广泛应用，但对于激光背部辐照器件的情况， 器件的多层结构会显著影响激光能量的传输。这些使得准确计算脉冲激光能量诱发单粒子 效应的对应等效LET值，成为制约脉冲激光模拟单粒子效应试验方法在工程实践中应用的 主要技术问题。 S0I(Silicon on Insulator，绝缘体衬底上的娃)与传统体娃器件相比，在器件和 衬底之间通过一层隐埋氧化层隔开，器件仅制造在表层很薄的硅膜中，如图1所示。图1中， 101为源区，102为栅极，103为漏区，104为埋氧层，105为衬底。STI(Shallow Trench Isolation)是SOI结构工艺中的浅沟槽隔离区。η指的是SOI结构中的η型掺杂区域。这种独 特的结构使得S0I器件没有传统体娃M0S(Metal-0xide-Semiconductor，金属-氧化物-半导 体)器件的闩锁效应，有较好的抗辐照能力。但由于S0I器件的结构于传统体硅工艺器件的 结构不同，现有相关的脉冲激光等效LET值计算方法是基于典型体硅工艺器件结构建立的， 当应用于S0I器件时，准确性较低。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术准确性较低的问题，提供一种S0I器件的脉冲激光等 效LET值检测方法。 -种SOI器件的脉冲激光等效LET值检测方法，包括以下步骤： 在去除SOI器件硅衬底之后，对SOI器件进行辐照扫描，得到SOI器件发生单粒子效 应的入射激光能量； 根据空气、埋氧层和硅的折射率、激光从空气到埋氧层的反射和透射系数、从埋氧 层到空气的反射透射系数、从埋氧层到硅的反射和透射系数以及从硅到埋氧层的反射和透 射系数，计算激光穿过SOI器件的埋氧层的能量透射率； 根据到达灵敏区时的激光光斑半径和灵敏区的横向尺寸计算光斑影响参数； 根据所述入射激光能量、能量透射率和光斑影响参数确定脉冲激光等效LET值。 上述S0I器件的脉冲激光等效LET值检测方法，通过对去除硅衬底的S0I器进行辐 照扫描，计算S0I器件的入射激光能量、激光穿过S0I器件的埋氧层的能量透射率以及光斑 影响参数，并根据所述入射激光能量、能量透射率和光斑影响参数确定脉冲激光等效LET 值，该方法可以用于航天、航空以及地面电子系统中SOI器件的脉冲激光模拟单粒子效应试 验评估中，快速、低成本、更为准确地获得器件单粒子效应敏感度的关键指标LET值。【附图说明】 图1为S0I结构图；图2为现有技术的方法不意图；图3为本专利技术的S0I器件的脉冲激光等效LET值计算方法流程图；图4为激光背部入射去除衬底的S0I器件示意图；图5为激光穿过埋氧层发生多光束干涉示意图；图6为800nm激光的透射率随埋氧层厚度的调制变化示意图； 图7为能量高斯分布的激光光斑覆盖单粒子效应灵敏区的一维示意图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的S0I器件的脉冲激光等效LET值计算方法的实施例进行 描述。 如图2所示，现有的脉冲激光等效LET计算方法针对典型体硅工艺器件，在激光背 部辐照器件的试验方式下，考虑脉冲激光在芯片衬底材料中传输过程的能量衰减及累积， 分析器件正面金属布线和衬底内表面对激光多次振荡反射造成的影响，计算灵敏区域内部 对单粒子效应有贡献的所有脉冲激光能量值。然后根据激光能量与重离子LET值的等效原 理计算等效LET。图2中，201为器件背部，202为激光束，203为硅衬底，204为有源区，205为激 光焦平面，206为器件正面，207为钝化层，208为金属层。 现有技术的技术方案是基于典型体硅工艺器件结构建立的，S0I器件的结构不同 于典型体硅工艺器件的结构，因而对于S0I器件该技术并不适用。现有技术的一大特征是考 虑了激光在器件衬底内的多次震荡反射，但其计算基于激光传输和器件的理想条件，而且 计算过程中所涉及的参数在实际应用中较难测量。随着器件工艺尺寸的缩减，激光光斑的 尺寸远大于单粒子效应敏感区的尺寸，因而在脉冲激光能量等效LET的计算中需要考虑激 光光斑尺寸的影响，但现有技术并未考虑。为解决上述问题，本专利技术提供一种脉冲激光等效LET值计算方法。如图3所示，所述 脉冲激光等效LET值计算方法可包括以下步骤： S1，在去除SOI器件硅衬底之后，对SOI器件进行辐照扫描，得到SOI器件发生单粒 子效应的入射激光能量； 与图2所示激光传输过程类似，脉冲激光背部入射辐照SOI器件。由于SOI存在空 气/Si(硅)衬底、Si衬底/Si02(二氧化硅)等不同介质的界面，激光会在界面处发生反射现 象，继而在Si衬底内产生多次震荡反射。器件Si衬底的厚度一般为几百微米，激光穿过这么 厚的Si会发生严重的吸收衰减现象，最终严重影响入射到器件有源区的激光能量。假设激 光的入射能量是E0，反射次数为η，第i次穿越Si层后的总能量损失为Δ Ei，i = 1，2，…，η，则 最终的出射激光能量为Ε0-△ Ε2η。这些使得激光能量传输计算和测试过程变得复杂，难以 得到准确结果。对于Si衬底对入射激光能量的影响，现有的计算方法是基于激光能量传输 和器件的理想条件，而且计算过程中所涉及的参数在实际应用中较难测量，这对脉冲激光 等效LET的计算造成了很大的误差。因此，在对SOI器件进行辐照扫描之前，可以去除SOI器 件硅衬底，从而提高计算精确度。可通过刻蚀去除SOI器件硅衬底。 XeF2(二氟化氙)是一种对Si进行等离子体刻蚀、反应刻蚀中常用的工作气体。在 刻蚀中，XeF 2气体会吸附在硅表面，即使在没有外部能量的条件下，XeF2也会自发分解产生 氙气和氟，而氟可在室温下对硅片进行较高速率的刻蚀。XeF 2刻蚀的主要优点为:首先它是 一种干法刻蚀，其刻蚀反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SOI器件的脉冲激光等效LET值检测方法，其特征在于，包括以下步骤：在去除SOI器件硅衬底之后，对SOI器件进行辐照扫描，得到SOI器件发生单粒子效应的入射激光能量；根据空气、埋氧层和硅的折射率、激光从空气到埋氧层的反射和透射系数、从埋氧层到空气的反射透射系数、从埋氧层到硅的反射和透射系数以及从硅到埋氧层的反射和透射系数，计算激光穿过SOI器件的埋氧层的能量透射率；根据到达灵敏区时的激光光斑半径和灵敏区的横向尺寸计算光斑影响参数；根据所述入射激光能量、能量透射率和光斑影响参数确定脉冲激光等效LET值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余永涛，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44