新型抗總劑量效應(yīng)版圖的加固器件

1、新型抗總劑量效應(yīng)版圖的加固器件新型抗總劑量效應(yīng)版圖的加固器件樸巍單嬋劉彥娟本文設(shè)計(jì)了一種新型的抗輻射Z柵MOS器件版圖結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)同傳統(tǒng)抗輻射結(jié)構(gòu)環(huán)柵MOS器件相比，具有較小的版圖面，較小的柵電阻，并且對(duì)于器件溝道寬長(zhǎng)比設(shè)計(jì)不受限。通過與非抗輻射結(jié)構(gòu)條柵MOS器件和抗輻射結(jié)構(gòu)環(huán)柵MOS器件的IdVg曲線進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了Z柵MOS器件的抗輻射性能，可達(dá)到輻射劑量為500krad（Si）的加固水平，滿足大多數(shù)對(duì)器件加固水平的要求。此外，對(duì)比

2、了器件在輻射前后的閾值電壓，進(jìn)一步驗(yàn)證了Z柵MOS器件能夠有效減小由于總劑量（TID）效應(yīng)引起的器件特性變化。所有仿真結(jié)構(gòu)通過SentaurusTCAD對(duì)器件進(jìn)行三維仿真得到?！娟P(guān)鍵詞】總劑量效應(yīng)NMOSFET版圖閾值電壓關(guān)態(tài)漏電流淺溝槽隔離總劑量效應(yīng)（TID效應(yīng)）會(huì)導(dǎo)致在半導(dǎo)體器件中的引起異常，在氧化物中和界面處產(chǎn)生陷阱電荷和界面態(tài)，導(dǎo)致MOS器件的關(guān)態(tài)漏電流增大，閾值電壓漂移。由于工藝的進(jìn)步，工藝尺寸不斷減小，在厚度小于10nm的超

3、薄氧化物中，凈電荷很小因而可以忽略，并且在0.25μm及以下工藝中，即使在非常高的劑量下，輻射引起的閾值電壓的變化也可以忽略不計(jì)。因而，較厚的氧化物如淺溝槽隔離氧化物（STI）是TID效應(yīng)對(duì)器件性能的影響的主導(dǎo)因素。在條柵MOS器件中，TID效應(yīng)在溝道與STI交界面處產(chǎn)生寄生導(dǎo)電通路，如圖1中紅線所示，產(chǎn)生寄生漏電流，并且隨著劑量21.75，其他兩種結(jié)構(gòu)的寬長(zhǎng)比為0.21μm0.13μm。本文通過器件仿真軟件SentaurusTCAD，

4、采用InsulatFixedge模型通過設(shè)置帶正電的固定電荷密度的方式，來模擬總劑量效應(yīng)在MOS器件中的作用。由于本文中的柵氧厚度為2nm，可忽略TID效應(yīng)對(duì)柵氧的影響，因而主要考慮TID效應(yīng)在STI中的影響，在STI與溝道交界面設(shè)置不同固定電荷密度來模擬不同輻射劑量。由文獻(xiàn)[6]可知，固定電荷密度為2.931012cm2的正固定電荷相當(dāng)于輻射500krad（Si）劑量的γ射線；密度為3.261012cm2的正固定電荷相當(dāng)于輻射500k

5、rad（Si）劑量的γ射線。本文設(shè)置了最高為3.51012cm2固定電荷密度，足夠仿真500krad（Si）的輻射劑量。2仿真結(jié)果與討論2.1輻射后的轉(zhuǎn)移特性曲線在本節(jié)中，對(duì)比了三種結(jié)構(gòu)在不同固定電荷密度下的IdVg曲線。其中設(shè)置大小為3.51010cm2的固定電荷密度來模擬輻射前的情況。由圖2可見，條形柵MOS器件的關(guān)態(tài)漏電流隨著固定電荷密度的增大而迅速增大，并且在固定電荷密度為3.51012cm2下的關(guān)態(tài)漏電流大小，與開態(tài)電流相當(dāng)，