[發明專利]一種抗低劑量率輻照的雙極器件制造方法

有效

• 申請號: 201611020629.8
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN106653601B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 趙昕;王傳敏;楊小兵;殷麗;孫金池;郝貴爭
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L29/40;H01L29/423
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發明公開了一種抗低劑量率輻照的雙極器件制造方法。該方法采用PSG(磷硅玻璃)+SiO₂雙層電極隔離介質和SiO₂+BPSG(硼磷硅玻璃)+SiO₂的多層鈍化結構。本結構一方面大大降低了電極隔離介質層中的總缺陷數量；另一方面通過PSG和BPSG對正電荷的吸附性，阻止輻照環境下感生的正電荷在Si?SiO₂界面積累，進而提高雙極型器件的抗低劑量率輻照能力。本發明涉及的制造方法工藝步驟簡單，與目前普遍應用的Si制造工藝兼容，可以用來制造具有抗低劑量率輻照能力的雙極型器件。

技術領域

本發明涉及一種抗低劑量率輻照的雙極器件制造方法，該雙極器件具有雙層電極隔離介質和多層鈍化結構，屬于抗輻照半導體器件設計和制造領域。

背景技術

雙極型器件具有電流驅動能力好、線性度高、噪聲低、匹配特性好等優點，常用作開關和信號放大器，廣泛應用于空間電子設備中。

運行在空間的雙極型器件，會受到地球帶電粒子、太陽宇宙射線等各種輻射，器件性能受到很大程度的損傷。輻射會在雙極器件的Si-SiO₂界面引起正電荷的積累并引入界面態，使表面勢位增加，引起表面復合大大增加，產生過剩基極電流，導致電流增益急劇下降。在空間輻射環境中雙極器件的異常或失效，會導致空間電子設備的可靠性下降，甚至出現災難性的事故。

在相同輻照總劑量下，相比于高劑量率輻照，低劑量率輻照對雙極型器件的性能影響更大。這是因為在低劑量率輻照時，由于其輻射感生正電荷的產生速率遠低于高劑量率輻照，其基區氧化層內產生的亞穩態或慢輸運的淺氧化物陷阱電荷少，形成的空間電場也較弱。所以，在弱電場、長時間的輻照下，輻射感生的正電荷有足夠的時間輸運到Si-SiO₂界面，并與鈍化鍵反應生成界面缺陷。因此，低劑量率輻照比高劑量率有更多的凈正氧化物電荷和界面缺陷，從而增加了過剩基極電流，最終造成了低劑量率輻射損傷增強效應(ELDRS)的產生。

正是由于低劑量率輻射損傷增強效應(ELDRS)的存在，現在空間電子設備應用對雙極型器件輻照指標明確規定了低劑量率的考核要求，一般要求在劑量率0.1rad(Si)/s～0.01rad(Si)/s的條件下進行輻照考核試驗。

雙極型器件的抗輻照能力與其設計、工藝加工方法密切相關。目前傳統的雙極型器件制造方法中，通常采用單層SiO₂作為電極隔離介質，采用SiO₂+Si₃N₄作為鈍化層。傳統方法雖然工藝步驟簡單，流片周期短，但其不足之處是：(1)作為電極隔離介質層的SiO₂與器件的基區直接接觸，是影響器件抗低劑量率輻照能力的關鍵部位。一般來說，為了滿足隔離要求，防止器件表面漏電，作為電極隔離介質層的SiO₂需要具有一定的厚度，但是氧化層的淀積過程中，各種缺陷的產生原因復雜，難以監控，并且缺陷數量會隨著氧化層厚度的增加而增加，這些缺陷會直接導致器件在輻照環境下失效；(2)Si₃N₄作為傳統的鈍化材料，具有工藝簡單，對外界水汽和可動電荷的阻擋性好等優點。在制備時，由于Si₃N₄和Si存在應力不匹配的問題，通常會在淀積Si₃N₄前先淀積一層SiO₂。雖然Si₃N₄對外界水汽和可動電荷的阻擋力很強，但是Si₃N₄對輻照時氧化層中感生的可動電荷并不能起到固定作用，這就決定了傳統Si₃N₄材料的鈍化膜不具備抗輻照能力。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種抗低劑量率輻照的雙極器件制造方法，大大降低了電極隔離介質層中的總缺陷數量，提高了雙極型器件的抗低劑量率輻照能力。