[发明专利]一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法

说明书

本发明公布了一种评估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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了更加准确评估FinFET器件总剂量辐射效应，本发明提出一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法。本发明的技术方案如下：

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ΔT_SHE。

第二步，进行FinFET器件总剂量辐射实验。具体的，首先在室温T_room下测得辐照前FinFET器件转移、输出特性(I_D0～V_G/D)。然后使器件接受辐照时的温度保持为T_exp(等于室温加上自热效应引起的温度变化量，T_exp＝T_room+ΔT_SHE)，而器件电学测试过程温度保持为室温T_room。即提高器件温度至T_exp，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T_room，然后测试器件转移、输出特性(I_D1～V_G/D)。重复加温辐照、室温测试步骤，至最终剂量点D_n，测得n次辐照后器件的转移特性和输出特性(I_Dn～V_G/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V_thx(剂量点D_x下，x为1到n的整数)。计算得到剂量点D_x下，辐照温度为T_exp时，器件电学参数变化，如阈值电压漂移ΔV_thx＝V_thx-V_th0，其中V_th0为辐照前器件的阈值电压，V_thx为剂量点D_x下器件的阈值电压。。