一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法技术

本发明专利技术公布了一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，关键在于在FinFET器件接受辐射源辐照时升高器件温度，温度变化量等于器件自热效应引起的温度变化量，通过升温辐照、室温测试得到FinFET器件转移、输出特性曲线，从中提取所需电学参数。该方法考虑了自热效应对FinFET器件总剂量辐射效应的影响，修正了常规总剂量辐照实验方法未考虑自热效应所带来的误差，能更加准确地评估FinFET器件总剂量辐射效应。

A method to evaluate the total dose radiation effect of FinFET devices

【技术实现步骤摘要】
一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法
本专利技术涉及一种评估鳍式场效应晶体管(FinFET)总剂量辐射效应的方法，属于微电子器件可靠性领域。
技术介绍
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。FinFET器件具有良好的栅控能力，能够克服传统平面体硅器件所面临的短沟道效应、迁移率退化等问题，因此成为纳米级超大规模集成电路制造中的主流器件。根据衬底的不同，FinFET器件可以分为体硅FinFET器件和绝缘衬底上硅(SOI)FinFET器件。工作在辐射环境中的FinFET器件受到电子、X射线、γ射线等辐照后，会产生总剂量辐射效应，导致器件直流特性发生变化，如阈值电压漂移、关态泄漏电流增加等，引起集成电路功耗增加、性能降低甚至功能失效。另一方面，由于FinFET器件功率密度高、结构不利于热耗散，相比传统平面体硅器件具有更严重的自热效应。自热效应引起器件温度升高，造成器件性能退化。对于工作在辐射环境中的FinFET器件，同时受到总剂量辐射效应和自热效应的影响。然而，常规评估总剂量辐射效应的方法是在室温下进行总剂量辐照实验，没有考虑自热效应引起的器件温度变化。常规评估方法应用于FinFET器件时，获得的结果会因为辐照实验温度和器件真实工作环境不同而带来误差，造成辐射效应评估不准。因此，为了更加准确评估FinFET器件总剂量辐射效应，有必要提出一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法。
技术实现思路
为了更加准确评估FinFET器件总剂量辐射效应，本专利技术提出一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法。本专利技术的技术方案如下：一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，其主要特征是，在FinFET器件接受辐射源辐照时，升高器件温度，温度变化量等于自热效应引起的温度变化量。具体执行如下步骤：第一步，测试FinFET器件自热效应带来的温度变化ΔTSHE。第二步，进行FinFET器件总剂量辐射实验。具体的，首先在室温Troom下测得辐照前FinFET器件转移、输出特性(ID0～VG/D)。然后使器件接受辐照时的温度保持为Texp(等于室温加上自热效应引起的温度变化量，Texp＝Troom+ΔTSHE)，而器件电学测试过程温度保持为室温Troom。即提高器件温度至Texp，器件开始接受辐照，辐照至剂量点D1后，暂停辐照，改变器件温度至Troom，然后测试器件转移、输出特性(ID1～VG/D)。重复加温辐照、室温测试步骤，至最终剂量点Dn，测得n次辐照后器件的转移特性和输出特性(IDn～VG/D)结束，其中n为大于等于1的整数。第三步，从第二步中测试得到的FinFET器件转移、输出特性曲线中提取所需电学参数，如阈值电压Vthx(剂量点Dx下，x为1到n的整数)。计算得到剂量点Dx下，辐照温度为Texp时，器件电学参数变化，如阈值电压漂移ΔVthx＝Vthx-Vth0，其中Vth0为辐照前器件的阈值电压，Vthx为剂量点Dx下器件的阈值电压。。本专利技术评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，所述FinFET器件包括体硅FinFET器件、SOIFinFET器件，沟道材料可以为Si、Ge、SiGe、III-V族半导体材料或其异质结构，器件结构可以为三栅、Ω栅、Π栅、围栅等。所述的评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，第一步中测得ΔTSHE的方法为常规方法，可选用交流电导法、栅电阻法等。本专利技术评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，第二步中被辐照样品器件与第一步中样品器件版图、工艺相同。辐照过程中可以在器件各端加上辐照偏置电压。不同辐照偏置电压下总剂量辐照对器件特性影响不同，应分别加以评估。通过改变载片台温度来改变器件温度，载片台温度变化应迅速，以降低退火效应。本专利技术评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，第三步中提取阈值电压的方法可以是恒定电流法、最大跨导法等常规方法。FinFET器件电学参数提取不限于阈值电压，其他如饱和漏电流Idsat、关态泄漏电流Ioff、最大跨导Gm、DIBL和亚阈值摆幅SS也可以提取对比。本专利技术的优点是考虑了自热效应对FinFET器件总剂量辐射效应的影响，修正了常规总剂量辐照实验方法未考虑自热效应所带来的误差。附图说明图1为本专利技术方法流程图。具体实施方式本专利技术提出了一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，该方法在FinFET器件接受辐射源辐照时，改变器件温度，温度变化量与测试得到的器件自热效应引起的温度变化量相同。下面结合附图对本专利技术进行详细说明。测试和实验流程图如图1所示，本例中提取器件自热升温的方法为交流电导法，以晶圆级总剂量辐照实验平台为例，具体步骤如下：步骤1.用频率为1MHz的交流小信号测试器件A的I-V特性，获得无自热效应影响的Ids1～Vds1曲线；步骤2.对Ids1～Vds1曲线求导获得漏源电导gds；步骤3.直流测试得到器件A的Ids2～Vds2曲线；步骤4.改变载片台温度，在不同温度点测试器件A的漏电流，线性拟合获得漏电流对温度的偏微分步骤5.计算热阻Rth和自热效应升温ΔTSHE，分别由公式(1)和公式(2)计算得到：ΔTSHE＝Rth·Ids·Vds……(2)其中，公式(1)中Ids1_at和Ids2_at分别为步骤2和步骤3测得的饱和漏电流；步骤6.对相同的另一器件B进行晶圆级总剂量辐照实验。首先载片台温度为Troom，测得器件B初始转移、输出特性ID0～VG/D；步骤7.温度点Texp设置为(Troom+ΔTSHE)，载片台温度升高到Texp并保持，器件接受辐射源辐照，辐照过程中器件各端接地，剂量累积至剂量点D1时暂停辐照，载片台温度降低至Troom，测试器件B转移、输出特性ID1～VG/D；步骤8.重复步骤7，测得剂量点D2、D3、D4时的器件B转移、输出特性ID2～VG/D、ID3～VG/D、ID4～VG/D；步骤9.用恒定电流法提取器件B在不同总剂量下的阈值电压，并计算阈值电压漂移。该方法在FinFET器件接受辐射源辐照时，升高器件温度，温度变化量与自热效应引起的温度变化相同。考虑了FinFET器件中自热效应对总剂量辐射效应的影响，修正了常规总剂量辐照实验方法未考虑自热效应所带来的误差。为FinFET器件及电路抗辐照能力评估及抗辐照加固设计提供了更加准确的表征手段。以上描述的实施例子并非用于限定本专利技术，任何本领域的技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围内，可做各种的更动和润饰，本专利技术的保护范围以权利要求范围所界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，包括以下步骤：/n1)测试FinFET器件自热效应带来的温度变化ΔT

【技术特征摘要】
1.一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法，包括以下步骤：
1)测试FinFET器件自热效应带来的温度变化ΔTSHE；
2)对与步骤1)所用FinFET器件相同的另一器件进行总剂量辐射实验，具体过程包括：
2a)辐照前在室温Troom下测试器件的转移特性和输出特性；
2b)升温至Texp＝Troom+ΔTSHE，对器件进行辐照至剂量点D1，暂停辐照，降温至室温Troom，测试器件的转移特性和输出特性；
2c)多次重复步骤2b)的升温辐照、室温测试过程，直至最终辐照剂量点Dn，测得n次辐照后器件的转移特性和输出特性，其中n为大于等于1的整数；
3)从步骤2)中测得的FinFET器件的转移特性和输出特性中提取所需电学参数，计算得到各辐照剂量点Dx下，辐照温度为Texp时，FinFET器件的电学参数变化，其中x为1到n的整数。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)测试ΔTSHE的方法为交流电导法或栅电阻法。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1)测试ΔTSHE的方法是交流电导法，具体包括：
1a)用交流小信号测试器件的I-V特性，获得无自热效应影响的Ids1～Vds1曲线；
1b)对Ids1～Vds1曲线求导获得漏源电导gds；
1c)改变器件温度，在不同温度点测试其漏电流，线性拟合获得漏电流对温度的偏微分
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【专利技术属性】
技术研发人员：安霞，任哲玄，李艮松，黄如，张兴，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11