X射线透视对MOS电容性能的影响

X射线透视对MOS电容性能的影响 X射线透视对MOS电容性能的影响 第8卷第4期 1999年12月 空军电讯工程学院 JOURNALOFAIRF0RCE TELEC0MMUNICAT10NENGINEERINGINSTITUTE Vo1.8No.4 Dec.1999 X射线透视对MOS电容性能的影响 种t 6(6 李斌 (基础部) 对三种MOS电客CD30,CE28,CG28受x摘要:利用SOFRONBST1505C型x光机, 射线 照射后的平带电压的漂移量进行测试和!从而分析x射线辐射后对MOS电客器件的影响. 关键词:缝;Q墨皇查;平带电压,ga ,J x射线透视技术在电子元器件的失效分析中已广泛应用.与常规的失效分析方法相比是一种非破坏性 分析技术,它可在某些失效器件开封之前就能确定其失效模式及原因.然而,x射线是一种高能射线,大剂量 的x射线会使有机,无机产生辐射损伤,引起半导体器件瞬时或永久性的失效.那么透视器件的x射线 对器件性能产生什么影响?本文以常用电子元器件MOS为例加以讨论. 1实验条件 采用SOFRONBST.1505C型x光机,管电压120kV,管电流3mA,时间250s,胶源距 40cm.数据采集 在辐照后4,1O小时之内测得. 2实验结果 MOS电容在半导体器件性能和可靠性研究中都 占有重要的地位,高频c,V曲线是MOS电容的重 要特性,它对辐照十分敏感.正常情况下,MOS电容 的高频c,v曲线如图1中曲线1所示,其平带电压 v,x射线照射以后平带电压漂移至Vm,漂移量 为AVrA. 三种MOS电容CD130,CE28,CG28受x射线 照射前后的平带电压vm,vm及漂移量?VFB, A1r , 如表中所示.图1MOS电容的高频c,v曲线及其漂移 以上实验结果表明,MOS电容在所选辐射条件下,其平带电压的相对漂移量约为 o~5o%. 3结果分析 MOS电容经X射线辐照后,其平带电压发生漂移,是因为辐照在栅氧化层中产生 了大量的电子——空 本文收刊日期;1999?05?21 李斌:男,1962年生,讲师.西安710077 第4期李斌x射线透视对MOS电容性能的影响 穴对.这些电子空穴对一部分复合,另一部分电子在 外电场的作用下,离开了SiO.层}但空穴迁移率较 小,被SiO:薄膜内的陷阱所俘获,形成正电荷.在正 栅偏压作用下,这些正电荷主要位于SiO界面附近. 离硅表面较近,因而严重影响硅表面的特性,引起较 大的平带电压漂移,电压越高漂移越大,零栅压下,由 于金属——半导体功函数差及电子亲和力的影响,相 当于在MOS电容上仍加有较小正偏压,因而也会引 起电压漂移,x射线透视对MOS电容的影响即属这 种情况.在负栅偏压作用下,尽管在A1一siO界面附 近俘获了大量正电荷,但由于离硅表面较远,影响较 小.当负栅压达到一定值时(约一1V),由于金属半导 体功函数差和电子亲和力的作用被补偿,SiO薄膜 中的电场几乎为零.此时电子空穴对大量复合,仅有 少量空穴被Si--SiO和AIO界面附近的陷阱俘获. 因而对硅表面的影响很小,实验证明,MOS电容平带 电压的漂移l?vFBl与栅偏压v.有图2所示关系. 理论表明,MOS在x射线照射下还会在si— SiO.界面产生新的界面态,它对硅表面电势产生影 响.会引起高频c,v曲线畸变.但透视用x射线的 荆量较小,强度较弱,c,v曲线畸变很小,基本上未 观察到. 4结束语 利用x射线透视技术,可以分析许多电子元器 件的失效模式和失效机理.但使MOS电容的平带电 压产生负向漂移,变化量最大可达50,为了降低x 射线对器件性能的影响,在不影响透视质量和分析的 前提下,尽可能降低x射线的辐射剂量,使该项技术 能更广泛的应用于电子元器件的失效分析,以及多数 电子元器件的筛选,验收和评定试验中. 表1CD30(扫描速度IOs电压一4v,4v) 1L二,II} /一 ? i lv0 图2MOS电容平带电压漂移量与栅压的关系 参考文献 1N.E.Lycoudes,C.C.Childers,SemicondnctorinstabiLityfailuremechanismsreview",IE EETrans.ReliabiLi ty,VolR--29t1980Aug,p237~249 2R,J,Kriegler,IoninstabiLitiesinMOSStructures,Proc,ImReImbiLiegPhysicsSymp.197 4,p250~258 3W.M.彭尼,L,劳.金属——氧化物——半导体集成电路.科学出版社,1977 4张安康主编.半导体器件可靠性与失技分析.第2版.江苏科学技术出版 社,1986.]41~169 空军电讯工程学院1999正 TheEffectofX—rayFluoroscopyonMOSCapacitor LiBIn (Dept.ofBasicTraining) AbstractThepapertestsandanalysesthemagnitudeofthedriftofthefiatbandvoltageof threetypesotMOScapacitors—— CD130,CE28andCG28aftertheyareirradiatedbySOFRON tkST一1505CX—raymachine.Andthen.theeffectofX— fluoroscopyOilMOScapacitorisalsodis— cussedinthispaper. Keys:X—ray~MOScapacitor;Flatbandvoltage.