形。如图5所示，设空气501、埋氧层502和Si 503 的折射率分别为nQ，n，ns，设激光从空气到埋氧层的反射和透射系数为^和^，反方向从埋 氧层到空气的反射透射系数为V jPV 1;从埋氧层到Si的反射和透射系数为^和 t2，从Si到埋氧层的反射和透射系数为V 2和1^2 42 = -1^ 2,埋氧层厚度为d。入射光束的振幅 为EQl，，略去共同的初始相位，两束相邻透射光束的相位差为：
[0041 ]式中，k为激光光波传输的波矢，数值大小等于23?η/λ，λ为激光在真空中的波长。总 的透射光束复振幅为各透射光束的振幅之和：
[0049]并将各射系数ri、r2和透射系数。、^代入公式(5)可得最终结果：
[00511以激光模拟单粒子效应常见的波长为800nm激光为例，空气的折射率为1，埋氧层 的折射率为1.5，Si的折射率为3.65，计算得到的激光穿过埋氧层的透射率随埋氧层厚度的 调制变化如图6所示。
[0052] S3,根据到达灵敏区时的激光光斑半径和灵敏区的横向尺寸计算光斑影响参数；
[0053] 随着器件工艺尺寸的缩减，对于亚微米以至更小工艺尺寸的器件，激光光斑的尺 寸远大于单粒子效应灵敏区的尺寸。例如，某典型的90nm工艺的SOI SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存取存储器），单粒子翻转灵敏区的尺寸为0.2微米，而激光聚焦 光斑的尺寸受限于激光波长以及激光传输过程中衍射作用等因素的影响，例如对于常用的 波长为590nm的激光，聚焦光斑的直径要大于1微米。因而在脉冲激光能量等效LET的计算中 必须考虑激光光斑尺寸对激光能量沉积的影响，用光斑影响参数F表示。
[0054] 图7是激光光斑覆盖单粒子效应灵敏区的一维示意图，激光光斑的能量分布在横 向上为高斯分布。在图7中，701表示单粒子效应灵敏区，702表示激光光斑覆盖的区域，703 表示Si有源区，704表示Si0 2埋氧层。设激光光斑的中心在单粒子效应灵敏区的中心一致， 则在单粒子效应灵敏区内的二维的激光能量分布函数为：
[0056]式中，E为入射到灵敏区内的激光脉冲的能量，X和y为激光光斑在灵敏区内的坐 标，ω为到达灵敏区时的激光光斑半径，因为灵敏区的厚度非常小，例如典型的90nm SOI器 件的灵敏区厚度约为70nm，光斑尺寸在纵向上的变化可以忽略，因而ω为常数。在灵敏区内 有效的激光能量就是激光能量分布在灵敏区内的积分：
[0058]式中，a和b为灵敏区的横向尺寸，一般根据器件的工艺确定，例如CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)SRAM单粒子翻转 的灵敏区尺寸是截至匪〇S(N-Metal-〇xide_Semi conductor，N型金属-氧化物-半导体）和 PMOS(P-Metal-〇xide_Semi conductor，P型金属-氧化物-半导体)漏极区域的尺寸。上式可 以写为：
[0059] Esv = E · F (9)
[0060] 则光斑尺寸对激光能量沉积的影响的参数F为：
[0062]以上述波长为590nm的激光为例，激光光斑半径为0.83微米，而单粒子翻转灵敏区 的横向尺寸为0.2微米，则考虑光斑尺寸对激光能量沉积影响，参数F的计算结果约为 0.034。可以看出，考虑光斑尺寸后有效的激光沉积能量为原来的3.4%，反之，如果不考虑 激光光斑尺寸的影响，将对脉冲激光能量等效LET的计算产生极大的误差。
[0063] S4,根据所述入射激光能量、能量透射率和光斑影响参数确定脉冲激光等效LET 值。
[0064]根据LET值的定义式：
[0066] p为入射半导体材料的密度。脉冲激光穿过埋氧层进入Si有源区，在激光能量线性 吸收机制下，吸收一个光子产生一个电子空穴对，激光能量随入射深度X的衰减规律服从 Beer定律，则脉冲激光等效重离子LET值为：
[0068]因此在器件的灵敏区内，脉冲激光等效LET值为：
[0070] 式中，ELET为所述脉冲激光等效LET值，λ为脉冲激光波长，Eicin为重离子激发一对 电子空穴对所需要的能量，P为入射半导体材料的密度，h为普朗克常量，c为光速，1为单粒 子效应灵敏区厚度，Eo为入射到埋氧层表面的激光能量，T为埋氧层的透射率，F为光斑影响 参数，α为激光在娃有源区中的吸收系数。
[0071] 需要说明的是，脉冲激光的脉冲宽度、非线性光学吸收效应等影响因素在试验需 要被控制到不足以影响以上计算方法。脉冲激光的波长λ的取值范围为250nm~1130nm，埋 氧层材料包括但不限于Si0 2材料。
[0072]与现有的技术方案相比，本发明建立了利用XeF2反应刻蚀硅的适用于SOI器件结 构的脉冲激光等效LET计算方法：
[0073] (1)采用XeF2反应刻蚀的方法去除SOI器件Si衬底，使脉冲激光背部辐照时直接入 射到埋氧层表面，避免了激光在器件衬底内的多次震荡反射过程，使脉冲激光等效LET计算 大大简化，增加了最终计算结果的准确性。同时由于消除了衬底对激光能量的吸收衰减作 用，使可用于脉冲激光模拟单粒子效应试验的激光波长范围大幅增大。
[0074] (2)分析埋氧层对透射激光能量的影响，确定了透射率的计算方法，获得了激光穿 过埋氧层后能量透射率受埋氧层厚度调制变化的结果，。
[0075] (3)分析激光光斑尺寸对诱发单粒子效应的激光能量的影响，确定了光斑影响参 数F的计算方法，获得了光斑尺寸参数对有效激光能量的影响结果。
[0076] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0077]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种SOI器件的脉冲激光等效LET值检测方法，其特征在于，包括w下步骤： 在去除SOI器件娃衬底之后，对SOI器件进行福照扫描，得到SOI器件发生单粒子效应的 入射激光能量； 根据空气、埋氧层和娃的折射率、激光从空气到埋氧层的反射和透射系数、从埋氧层到 空气的反射透射系数、从埋氧层到娃的反射和透射系数W及从娃到埋氧层的反射和透射系 数，计算激光穿过SOI器件的埋氧层的能量透射率； 根据到达灵敏区时的激光光斑半径和灵敏区的横向尺寸计算光斑影响参数； 根据所述入射激光能量、能量透射率和光斑影响参数确定脉冲激光等效LET值。2. 根据权利要求1所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，所述埋 氧层包括但不限于Si化材料。3. 根据权利要求1所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，在对 SOI器件进行福照扫描之前，还包括W下步骤： 刻蚀去除SOI器件娃衬底。4. 根据权利要求3所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，利用 XeF2反应刻蚀去除SOI器件娃衬底。5. 根据权利要求4所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，利用 XeF2反应刻蚀去除SOI器件娃衬底的步骤包括： 通过酸腐蚀开封方法将SOI器件背部开封； 在经开封的SOI器件正面采用灌封胶进行填充； 将经填充的SOI器件放入XeF2反应刻蚀装置中刻蚀，直到SOI器件衬底娃材料全部刻蚀 去除，露出埋氧层二氧化娃表面。6. 根据权利要求1所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，计算激 光穿过SOI器件的埋氧层的能量透射率的步骤包括： 计算两束相邻透射光束的相位差； 根据所述相位差计算总的透射光束的复振幅； 根据透射光束的复振幅与入射光束的振幅计算激光的透射系数； 根据所述透射系数计算所述能量透射率。7. 根据权利要求6所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，根据所 述透射系数计算所述透射率的步骤包括： 根据如下公式计算所述能量透射率：式中，T为所述能量透射率，ns和η日分别为娃和空气的折射率，ti为激光从空气到埋氧层 的透射系数，t2为激光从埋氧层到娃的透射系数，δ为所述相位差，i为相邻投射光束的数 量，ri为激光从空气到埋氧层的反射系数，η为激光从埋氧层到娃的反射系数。8. 根据权利要求1所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，根据到 达灵敏区时的激光光斑半径和灵敏区的横向尺寸计算光斑影响参数的步骤包括： 根据如下公式计算所述光斑影响参数：式中，F为所述光斑影响参数，E为入射到灵敏区内的激光脉冲的能量，Esv为灵敏区内有 效的激光能量就是激光能量分布在灵敏区内的积分，a和b为灵敏区的横向尺寸，ω为到达 灵敏区时的激光光斑半径。9.根据权利要求1所述的SOI器件的脉冲激光等效LET值计算方法，其特征在于，根据所 述能量透射率和光斑影响参数计算脉冲激光等效LET值的步骤包括： 根据如下公式计算所述脉冲激光等效LET值式中，ELET为所述脉冲激光等效LET值，λ为脉冲激光波长，El。。为重离子激发一对电子 空穴对所需要的能量，P为入射半导体材料的密度，h为普朗克常量，C为光速，1为单粒子效 应灵敏区厚度，臥为入射到埋氧层表面的激光能量，T为埋氧层的透射率，F为光斑影响参 数，α为激光在娃有源区中的吸收系数。
【专利摘要】本发明涉及一种脉冲激光等效LET值检测方法，包括以下步骤：在去除SOI器件硅衬底之后，对SOI器件进行辐照扫描，得到SOI器件发生单粒子效应的入射激光能量；根据空气、埋氧层和硅的折射率、激光从空气到埋氧层的反射和透射系数、从埋氧层到空气的反射透射系数、从埋氧层到硅的反射和透射系数以及从硅到埋氧层的反射和透射系数，计算激光穿过SOI器件的埋氧层的能量透射率；根据到达灵敏区时的激光光斑半径和灵敏区的横向尺寸计算光斑影响参数；根据所述入射激光能量、能量透射率和光斑影响参数确定脉冲激光等效LET值。所述方法能够快速、低成本、更为准确地获得器件单粒子效应敏感度的关键指标LET值。
【IPC分类】G01R31/26, G01R31/00
【公开号】CN105548770
【申请号】CN201610034203
【发明人】余永涛
【申请人】工业和信息化部电子第五研究所
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月19日