一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法技术

本发明专利技术公开了一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法。该方法采用PSG(磷硅玻璃)+SiO2双层电极隔离介质和SiO2+BPSG(硼磷硅玻璃)+SiO2的多层钝化结构。本结构一方面大大降低了电极隔离介质层中的总缺陷数量；另一方面通过PSG和BPSG对正电荷的吸附性，阻止辐照环境下感生的正电荷在Si‑SiO2界面积累，进而提高双极型器件的抗低剂量率辐照能力。本发明专利技术涉及的制造方法工艺步骤简单，与目前普遍应用的Si制造工艺兼容，可以用来制造具有抗低剂量率辐照能力的双极型器件。

Method for manufacturing bipolar device capable of resisting low dose rate irradiation

The invention discloses a method for manufacturing a bipolar device with low dose rate irradiation. The method uses PSG (phosphor silicate glass) +SiO2 double layer electrode isolation medium and SiO2+BPSG (boron phosphorus silicon glass) +SiO2 multilayer passivation structure. On the one hand, the structure reduces the total number of defects in the dielectric layer in the electrode isolation; on the other hand through the PSG and BPSG on the adsorption of positive charge, positive charge to prevent radiation environment induced the accumulation of Si in the SiO2 interface, and then improve the resistance to low dose rate irradiation power bipolar devices. The manufacturing method of the invention is simple in process and is compatible with the Si manufacturing process currently in use, and can be used to manufacture a bipolar device with low dose rate irradiation capability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，该双极器件具有双层电极隔离介质和多层钝化结构，属于抗辐照半导体器件设计和制造领域。
技术介绍
双极型器件具有电流驱动能力好、线性度高、噪声低、匹配特性好等优点，常用作开关和信号放大器，广泛应用于空间电子设备中。运行在空间的双极型器件，会受到地球带电粒子、太阳宇宙射线等各种辐射，器件性能受到很大程度的损伤。辐射会在双极器件的Si-SiO2界面引起正电荷的积累并引入界面态，使表面势位增加，引起表面复合大大增加，产生过剩基极电流，导致电流增益急剧下降。在空间辐射环境中双极器件的异常或失效，会导致空间电子设备的可靠性下降，甚至出现灾难性的事故。在相同辐照总剂量下，相比于高剂量率辐照，低剂量率辐照对双极型器件的性能影响更大。这是因为在低剂量率辐照时，由于其辐射感生正电荷的产生速率远低于高剂量率辐照，其基区氧化层内产生的亚稳态或慢输运的浅氧化物陷阱电荷少，形成的空间电场也较弱。所以，在弱电场、长时间的辐照下，辐射感生的正电荷有足够的时间输运到Si-SiO2界面，并与钝化键反应生成界面缺陷。因此，低剂量率辐照比高剂量率有更多的净正氧化物电荷和界面缺陷，从而增加了过剩基极电流，最终造成了低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)的产生。正是由于低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)的存在，现在空间电子设备应用对双极型器件辐照指标明确规定了低剂量率的考核要求，一般要求在剂量率0.1rad(Si)/s～0.01rad(Si)/s的条件下进行辐照考核试验。双极型器件的抗辐照能力与其设计、工艺加工方法密切相关。目前传统的双极型器件制造方法中，通常采用单层SiO2作为电极隔离介质，采用SiO2+Si3N4作为钝化层。传统方法虽然工艺步骤简单，流片周期短，但其不足之处是：(1)作为电极隔离介质层的SiO2与器件的基区直接接触，是影响器件抗低剂量率辐照能力的关键部位。一般来说，为了满足隔离要求，防止器件表面漏电，作为电极隔离介质层的SiO2需要具有一定的厚度，但是氧化层的淀积过程中，各种缺陷的产生原因复杂，难以监控，并且缺陷数量会随着氧化层厚度的增加而增加，这些缺陷会直接导致器件在辐照环境下失效；(2)Si3N4作为传统的钝化材料，具有工艺简单，对外界水汽和可动电荷的阻挡性好等优点。在制备时，由于Si3N4和Si存在应力不匹配的问题，通常会在淀积Si3N4前先淀积一层SiO2。虽然Si3N4对外界水汽和可动电荷的阻挡力很强，但是Si3N4对辐照时氧化层中感生的可动电荷并不能起到固定作用，这就决定了传统Si3N4材料的钝化膜不具备抗辐照能力。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，大大降低了电极隔离介质层中的总缺陷数量，提高了双极型器件的抗低剂量率辐照能力。本专利技术的技术解决方案是：一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，包括以下步骤：(1)以N型<111>外延片为基底材料，在所述N型<111>外延片的抛光面淀积氧化层，在淀积完氧化层的抛光面进行三极管基区光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出基区注入窗口，通过该窗口为基区注入硼，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进，在N型<111>外延片的抛光面形成三极管基区；(2)在三极管基区进行浓硼图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出浓硼注入窗口，通过该窗口进行基区接触浓硼注入，然后进行快速退火，形成基区接触区；(3)在三极管基区进行发射区图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出磷注入窗口，通过该窗口进行发射区磷注入，然后进行磷扩散，形成发射区；(4)对经过步骤(3)处理后的N型<111>外延片抛光面依次淀积SiO2和PSG，然后进行致密，使N型<111>外延片抛光面覆盖一层致密的双层结构电极隔离介质层；(5)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上形成基区和发射区金属电极；(6)在金属电极以及双层结构电极隔离介质层表面依次淀积SiO2、BPSG和SiO2，形成多层结构钝化膜，然后在对应于基区和发射区金属电极的钝化膜上进行光刻、刻蚀，露出基区和发射区键合区域；(7)将N型<111>外延片的非抛光面进行减薄；(8)在减薄后的非抛光面淀积金属，形成集电区金属电极，从而完成了具有双层电极隔离介质和多层钝化结构的抗辐照双极器件的制造。所述步骤(1)中N型<111>外延片的衬底厚度为450μm—525μm，外延厚度为8μm—80μm，掺杂浓度为1e14cm-3—6e15cm-3。所述步骤(1)中淀积氧化层厚度为为基区注入的硼剂量为5e13cm-2—5e14cm-2，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进的温度为900℃—1200℃，时间为50min—200min。所述步骤(2)中浓硼的注入剂量为1e15cm-2—8e15cm-2，快速退火的温度为900℃—1100℃，时间为10s—30s。所述步骤(3)中磷的注入剂量为1e16cm-2—2e16cm-2，磷扩散的温度为900℃—1100℃，时间为30min—100min。所述步骤(4)中淀积的SiO2厚度为PSG厚度为淀积完成后，进行致密的温度为800℃—900℃，时间为30min—60min。所述步骤(5)中形成基区和发射区金属电极的方法如下：(7.1)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上进行电极接触孔光刻、腐蚀，形成欧姆接触窗口；(7.2)通过蒸发的方式在欧姆接触窗口以及双层结构电极隔离介质层表面淀积一层铝硅铜合金，铝硅铜合金厚度为1.0μm—5.0μm；(7.3)在铝硅铜合金层表面进行电极图形光刻、电极腐蚀，形成基区和发射区金属电极。所述步骤(6)中，淀积的第一层SiO2厚度为BPSG厚度为最后淀积的一层SiO2厚度为且BPSG中质量比P：B＝5：3。所述步骤(7)中减薄之后N型<111>外延片的总厚度为250μm—300μm。所述步骤(8)中淀积的金属依次为钛、金，其中钛厚度为金厚度为与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术抗辐照双极型器件制造方法中，电极隔离介质采用PSG(磷硅玻璃)+SiO2双层结构，即先淀积一层较薄的SiO2，再淀积一层较厚的PSG。SiO2与下层Si基结构兼容性好，而且由于较薄，可以大大减少氧化层中的总缺陷数，进而减少辐照时氧化层中感生的正电荷。在SiO2上再淀积一层PSG，一方面可以保证电极隔离介质的总厚度，保证器件不会出现表面穿通；另一方面PSG对正电荷离子有较强的捕集和阻挡作用，可以阻止辐照环境下正电荷在基区表面积累引起器件性能下降；此外PSG应力小，针孔密度低，与金属层的兼容性好，是良好的绝缘层，保证了器件的高可靠性。(2)本专利技术抗辐照双极型器件制造方法中，钝化层采用SiO2+BPSG(硼磷硅玻璃)+SiO2的多层结构。传统Si3N4钝化膜虽然对外界环境中正电荷离子有很强的阻挡作用，但是对器件内部的正电荷却几乎没有固定作用。而BPSG钝化膜却可以吸收和固定器件氧化层中的正电荷，而且BPSG对正电荷离子的吸附作用比PSG还要强30～150倍。采用BP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于以下步骤：(1)以N型<111>外延片为基底材料，在所述N型<111>外延片的抛光面淀积氧化层，在淀积完氧化层的抛光面进行三极管基区光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出基区注入窗口，通过该窗口为基区注入硼，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进，在N型<111>外延片的抛光面形成三极管基区；(2)在三极管基区进行浓硼图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出浓硼注入窗口，通过该窗口进行基区接触浓硼注入，然后进行快速退火，形成基区接触区；(3)在三极管基区进行发射区图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出磷注入窗口，通过该窗口进行发射区磷注入，然后进行磷扩散，形成发射区；(4)对经过步骤(3)处理后的N型<111>外延片抛光面依次淀积SiO2和PSG，然后进行致密，使N型<111>外延片抛光面覆盖一层致密的双层结构电极隔离介质层；(5)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上形成基区和发射区金属电极；(6)在金属电极以及双层结构电极隔离介质层表面依次淀积SiO2、BPSG和SiO2，形成多层结构钝化膜，然后在对应于基区和发射区金属电极的钝化膜上进行光刻、刻蚀，露出基区和发射区键合区域；(7)将N型<111>外延片的非抛光面进行减薄；(8)在减薄后的非抛光面淀积金属，形成集电区金属电极，从而完成了具有双层电极隔离介质和多层钝化结构的抗辐照双极器件的制造。...

【技术特征摘要】
1.一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于以下步骤：(1)以N型<111>外延片为基底材料，在所述N型<111>外延片的抛光面淀积氧化层，在淀积完氧化层的抛光面进行三极管基区光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出基区注入窗口，通过该窗口为基区注入硼，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进，在N型<111>外延片的抛光面形成三极管基区；(2)在三极管基区进行浓硼图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出浓硼注入窗口，通过该窗口进行基区接触浓硼注入，然后进行快速退火，形成基区接触区；(3)在三极管基区进行发射区图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出磷注入窗口，通过该窗口进行发射区磷注入，然后进行磷扩散，形成发射区；(4)对经过步骤(3)处理后的N型<111>外延片抛光面依次淀积SiO2和PSG，然后进行致密，使N型<111>外延片抛光面覆盖一层致密的双层结构电极隔离介质层；(5)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上形成基区和发射区金属电极；(6)在金属电极以及双层结构电极隔离介质层表面依次淀积SiO2、BPSG和SiO2，形成多层结构钝化膜，然后在对应于基区和发射区金属电极的钝化膜上进行光刻、刻蚀，露出基区和发射区键合区域；(7)将N型<111>外延片的非抛光面进行减薄；(8)在减薄后的非抛光面淀积金属，形成集电区金属电极，从而完成了具有双层电极隔离介质和多层钝化结构的抗辐照双极器件的制造。2.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中N型<111>外延片的衬底厚度为450μm—525μm，外延厚度为8μm—80μm，掺杂浓度为1e14cm-3—6e15cm-3。3.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中淀积氧化层厚度为为基区注入的硼剂量为5e13cm-2—5...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵昕，王传敏，杨小兵，殷丽，孙金池，郝贵争，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11