[發明專利]基于發射區幾何結構的雙極器件抗輻照加固方法

有效

• 申請號: 201410135985.9
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103871873A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 李興冀;趙玉玲;劉超銘;劉廣橋;孫毅;楊劍群;韓力爭;劉艷秋;李鵬偉;趙運霞;何世禹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;石家莊天林石無二電子有限公司;中國空間技術研究院
• 主分類號: H01L21/328
• 分類號: H01L21/328;H01L21/265
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及電子技術領域。

背景技術

雙極晶體管(BJT-Bipolar?Junction?Transistor)具有良好的電流驅動能力、線性度、低噪聲以及優良的匹配特性，是構成雙極集成電路的基本單元。它們在模擬或混合集成電路及BiCMOS(Bipolar?Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor)電路中有著重要的作用。這些雙極晶體管及電路均廣泛應用于航天器。在空間帶電粒子(質子和電子)作用下，電子器件受到損傷會直接影響航天器的可靠性與壽命。大量航天實踐表明，許多航天事故或故障都與電子器件受到輻射損傷相關，約占各類航天器事故或故障的40%以上，所造成的經濟損失十分巨大。雙極晶體管及電路是輻射效應敏感器件，提高其抗空間輻射損傷能力具有重要的工程背景和工程實際意義。

雙極器件對電離效應敏感。雙極器件中包含絕緣材料、導電材料及半導體材料。不同類型的雙極器件，其內部所用材料的成分不同。例如，硅器件中關鍵的絕緣材料為SiO₂氧化層。電離效應主要是對雙極硅器件中的SiO₂氧化層造成損傷，并在SiO₂/Si界面形成界面態。SiO₂層中的俘獲正電荷和SiO₂/Si界面處界面態會導致發射結的復合率增加，造成晶體管過剩基極電流I_B的增加，從而使晶體管電流增益的退化，漏電流增加，進而影響雙極電路的性能。

因此，如果能夠在不影響雙極器件電性能指標的前提下，基于改善發射區幾何結構，提出一種可以大幅度減小氧化物俘獲正電荷和界面態影響，并最終提高雙極器件抗輻照能力的技術途徑，將會對整個集成電路的抗輻照加固具有重大的意義。

發明內容

本發明是為了解決現有的雙極晶體管及電路在空間輻射環境中的電流增益損傷程度大，雙極器件抗輻照能力低的問題，從而提供了基于發射區幾何結構的雙極器件抗輻照加固方法。

基于發射區幾何結構的雙極器件抗輻照加固方法，該方法的具體步驟為：

步驟一：采用TCAD軟件模擬雙極型器件圓形發射區梳狀結構的工藝參數，并根據模擬的工藝參數采用傳統工藝制備圓形發射區梳狀結構的雙極型器件；所述工藝參數為圓形發射區梳狀結構的面積和周長；

步驟二：采用SRIM軟件模擬獲得注入雙極型器件的離子的能量、入射深度和注量信息；

步驟三：采用TCAD軟件模擬雙極型器件的電流增益變化，改變雙極型器件的離子注入量，使TCAD軟件模擬雙極型器件的電流增益變化量小于未注入離子時雙極型器件電流增益的10%，記錄離子注入量；

步驟四：根據步驟三獲得的離子注入量，對離子注入機進行參數設置，在雙極型器件發射區的邊緣位置進行離子注入，形成橫截面為梯形的發射區；

步驟五：對完成離子注入后的雙極型器件進行退火處理，退火處理后完成基于發射區幾何結構的雙極器件抗輻照加固。

本發明的有益效果是：本發明的雙極器件抗輻照加固方法保留了傳統的雙極器件工藝技術，制造工藝步驟非常簡單。本發明所提出的新型技術可通過改進發射區幾何結構，能大幅度降低電離輻照誘導的氧化物俘獲正電荷和界面態對器件性能參數的影響，顯著增強雙極器件的抗輻照能力，同比增強了2-5倍。因此，該方法在雙極器件抗輻照加固技術有著廣闊的應用前景，適用于商業化生產。

附圖說明

圖1為本發明所述的方法流程圖；

圖2為雙極型器件簡化結構示意圖；

圖3為經低能電子輻照后，不同發射區周長/面積比的雙極型器件電流增益倒數變化量隨輻照注量的變化關系；

圖4為相同吸收劑量條件下，過剩基極漏電流隨雙極型器件發射區周長/面積比的變化關系；

圖5為梳狀結構發射區的示意圖；

圖6為圓形發射區梳狀結構的示意圖；

圖7為梯形發射區的橫截面示意圖；

圖8為不同發射區結構的雙極晶體管電流增益變化量隨吸收劑量的變化關系。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基于發射區幾何結構的雙極器件抗輻照加固方法，該方法的具體步驟為：

步驟一：采用TCAD軟件模擬雙極型器件圓形發射區梳狀結構的工藝參數，并根據模擬的工藝參數采用傳統工藝制備圓形發射區梳狀結構的雙極型器件；所述工藝參數為圓形發射區梳狀結構的面積和周長；