SiO2介质材料辐照损伤—噪声测试结构研究

论文摘要

二氧化硅（SiO2）是集成电路（IC）中常用的介质材料,也是MOS器件及其IC中最易受辐照损伤的部位。为此,对SiO2介质材料辐照效应的研究将会保证MOS器件及其IC在核辐射环境下使用的可靠性。噪声与材料及器件的内部缺陷密切相关,可以做为材料及器件无损评估的工具。而SiO2是一种绝缘材料,为了研究其抗辐照性能,必须设计能灵敏反映其辐照损伤并便于测试表征参量的样品结构。本文为了设计SiO2介质材料辐照损伤-噪声测试结构,使用低频1/f噪声来表征其抗辐照性能,主要工作和结论有:1、深入研究了SiO2介质材料的辐照效应及噪声产生机制,建立了存在于MOSFET中的SiO2介质辐照损伤模型和1/f噪声产生模型。通过对模型中潜在缺陷微观信息的研究,建立起基于辐照前1/f噪声的MOSFET辐照退化模型,并提出MOSFET抗辐照能力的预测方法。即通过MOSFET辐照前1/f噪声的测量,就可以预测经历一定剂量辐照后分别由氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷诱使的阈值电压漂移。模型模拟结果与辐照实验实测结果符合良好,证明了所建模型的正确性。2、以MOSFET辐照退化噪声表征的定量数学模型做为SiO2介质材料测试结构设计的理论模型,制定较全面的测试结构设计规范,完成测试样品的物理结构、版图结构和制造的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题研究内容
• 2介质材料的辐照效应及1/f 噪声理论'>第二章 SiO₂介质材料的辐照效应及1/f 噪声理论
• 2介质材料的辐照效应'>2.1 SiO₂介质材料的辐照效应
• 2'>2.1.1 集成电路中的常用介质材料——SiO₂
• 2.1.2 辐照效应的基本概念
• 2.1.3 介质材料的辐照效应
• 2.2 MOS器件的辐照损伤
• 2.2.1 微观机理
• 2.2.2 宏观表现
• 2.3 l/f噪声理论
• 2.3.1 l/f噪声概述
• 2.3.2 l/f噪声产生机制
• 2样品的辐照-噪声实验'>第三章 SiO₂样品的辐照-噪声实验
• 3.1 辐照实验
• 3.1.1 实验样品及实验条件
• 3.1.2 参量测试平台
• 3.1.3 电荷分离
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 l/f噪声的偏置特性
• 3.2.2 辐照及退火前后主要电参量的变化
• 3.2.3 辐照及退火前后噪声参量的变化
• 3.2.4 电参量与噪声参量变化的相关性
• 第四章 测试结构设计模型及设计理论
• 4.1 MOSFET测试结构抗辐照能力预测模型
• 4.1.1 MOSFET的辐照退化机理
• 4.1.2 MOSFET中1/f 噪声产生模型
• 4.1.3 MOSFET测试结构辐照退化噪声预测模型
• 4.1.4 模型模拟验证及预测方法
• 4.2 MOS电容测试结构设计模型
• 4.2.1 MOS电容的辐照退化机理
• 4.2.2 MOS电容的噪声特性
• 4.2.3 MOS电容辐照退化与噪声的相关性
• 4.3 设计理论
• 第五章 测试结构的设计方案
• 5.1 设计的原则和依据
• 5.1.1 设计原则
• 5.1.2 设计依据
• 5.2 设计的工艺要求
• 5.3 测试样品设计
• 5.3.1 物理结构设计
• 5.3.2 版图结构设计
• 5.3.3 测试样品制造设计
• 第六章 结论
• 6.1 主要研究工作及结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果