辐射增强的双极晶体管制造技术

本申请公开一种辐射增强的双极晶体管，所公开的示例包括集成电路和双极晶体管(100)，该双极晶体管(100)具有在衬底(102,104)中的第一导电类型的第一区(106)、设置在衬底(102,104)中的第二导电类型的集电极区(114)以及延伸到第一区(106)中的第一导电类型的基极区(108)。第二导电类型的第一发射极区(110)延伸到第一区(106)中，并且该第一发射极区(110)包括与基极区(108a)隔开并面向基极区(108a)的侧面。第二导电类型(N‑)的第二发射极区(112)向下延伸到第一区(106)中，紧邻第一发射极区(110)的顶表面(101)以及第一侧面的上部，以便减轻来自辐射的氢注射导致的表面效应以及增益衰减，从而提供辐射硬化的双极晶体管(100)。

【技术实现步骤摘要】
辐射增强的双极晶体管
技术介绍
对于系统和电路被暴露于辐射中的各种应用来说，需要辐射硬化的电子电路。示例应用包括卫星和其他航天器、飞行器、医疗设备(诸如X射线器件)以及核电站。在此类应用中，辐射可能减小双极晶体管的增益。电子电路的辐射硬化借助于“总电离剂量”或“总辐射剂量”(TID)来量化，TID是对施加于电路或系统的质子或重离子的数量的度量。电离辐射引起二氧化硅(SiO2)中的电子-空穴对。质子(重离子)在氧化物中被释放并且质子或空穴在存在偏置场时被朝向硅-氧界面传输，导致在界面处形成界面陷阱。在高剂量率下，存在电子-空穴对的高产量(电荷产量)。正电压将空穴推向界面同时将电子冲走。空穴在界面处的积累形成正电荷壁垒并且排斥生成的质子。这保持质子远离界面并且减缓界面状态的形成，同时促进在氧化物中的重组。低剂量率对应于减少的电子-空穴对生成。在这种情况下，以与高剂量率相同的方式，正电压将空穴推向界面，同时将电子冲走，但是俘获的空穴积累非常低。被俘获空穴的排斥力足够低以允许生成的质子移动到界面处形成界面状态。界面陷阱可以通过降低增益β或Hfe不利地影响双极晶体管的操作。此外，某些电路(诸如双极晶体管)遭受增强的低剂量率辐射(ELDRS)效应。具体而言，在高辐射剂量率下的晶体管增益下降效应可以比在更适度的辐射水平下更低。总剂量辐射引起SiO2中的电荷产量，并且允许在低剂量率条件下生成界面陷阱。其还在覆盖基极发射极连接点的氧化物中产生空穴陷阱，导致额外的基极发射极泄漏。两种效应均有助于晶体管增益的下降，并且因此对于相同的集电极电流需要更多的基极电流。此外，晶体管增益上的效果可以随着制造加工中使用的氢量而增加。例如，集成电路(IC)制造中的上部金属化层的氮化物钝化使用氨气NH3，+硅烷SiH4，其中11个氢原子被释放以形成Si3NH4的单分子。可以使用原硅酸四乙酯(TEOS)来代替钝化上部金属化层，因为TEOS材料不使用氨气并且在SiO2的形成中不生成氢。然而，TEOS钝化不如氮化物钝化好。因此，期望改善的集成电路和双极晶体管被用于涉及辐射暴露的应用中，而不需要低氢制造技术。
技术实现思路
所公开的示例包括集成电路和纵向或横向的双极晶体管，所述双极晶体管具有衬底中的第一导电类型的第一区、设置在衬底中的第二导电类型的集电极区以及延伸到第一区中的第一导电类型的基极区。第二导电类型的第一发射极区延伸到第一区中，并且该第一发射极区包括与基极区隔开且面向基极区的侧面。第二导电类型的第二发射极区向下延伸到第一区中，并且紧邻第一发射极区的顶表面以及第一侧面的上部。第二发射极区比第一发射极区被更轻地掺杂，以便在靠近发射极-基极结区域的最敏感区中减轻由来自辐射的氢注射导致的表面效应和增益衰减。进一步公开的示例包括制造双极晶体管的方法，该方法包括将第一导电类型的掺杂剂注入到半导体衬底中以形成从衬底的顶表面向下延伸的第一区，注入第一导电类型的掺杂剂以形成从顶表面向下延伸到第一区中并紧邻顶表面的基极区，以及注入第二导电类型的掺杂剂以形成第一发射极区，该第一发射极区包括与基极区隔开且面向基极区的第一侧面。该方法进一步包括注入第二导电类型的掺杂剂以形成向下延伸到第一区中的第二发射极区，该第二发射极区紧邻顶表面并且紧邻第一发射极区的第一侧面的上部，该第二发射极区具有小于第三掺杂浓度的第四掺杂浓度。附图说明图1是具有辐射硬化的横向NPN双极晶体管的集成电路的部分截面侧视图，其中该双极晶体管具有第一基极区和第二基极区、第一发射极区和第二发射极区以及顶侧集电极。图2是说明包括形成第一发射极区和第二发射极区的制造双极晶体管的方法的流程图。图3-图8是根据图2的方法经受制造加工的辐射硬化的NPN双极晶体管的部分截面侧视图。图9是说明用于形成双极晶体管的第一发射极区和第二发射极区的可替代步骤的流程图。图10-图13是根据图9的方法经受制造加工以形成第一发射极区和第二发射极区的辐射硬化的NPN双极晶体管的部分截面侧视图。图14是说明形成双极晶体管的第一发射极区和第二发射极区的另一种可替代方案的流程图。图15-图18是根据图14的方法经受制造加工以形成第一发射极区和第二发射极区的辐射硬化的NPN双极晶体管的部分截面侧视图。图19是具有辐射硬化的NPN双极晶体管的另一种示例集成电路的部分截面侧视图，其中该双极晶体管具有单个基极区。图20是具有辐射硬化的NPN双极晶体管的又一种示例集成电路的部分截面侧视图，其中该双极晶体管具有第一基极区和第二基极区和底侧集电极。图21是具有辐射硬化的NPN双极晶体管的另一种示例集成电路的部分截面侧视图，其中该双极晶体管具有单个基极区和底侧集电极。图22是具有辐射硬化的PNP双极晶体管的另一种示例集成电路的部分截面侧视图，其中该双极晶体管包括第一基极区和第二基极区、第一发射极区和第二发射极区以及顶侧集电极。具体实施方式在附图中，自始至终相似的附图标记表示相似的元件，并且各种特征不必、按比例绘制。在下面的讨论中以及在权利要求书中，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”、“带有”或其变体旨在以类似于术语“包含”的方式包括，并且因此应被解释为意味着“包括，但不限于…”。并且，术语“耦合”或“耦接”意为包括间接或直接电连接或其组合。例如，如果第一设备耦接到第二设备或与第二设备耦接，该连接可以通过直接电连接或通过经由一个或多个中间设备或连接件的间接电连接。图1示出在集成电路(IC)的衬底102、104中横向制造的辐射硬化的NPN双极晶体管100。在一个示例中，衬底由在其上生长外延硅层104的N+硅晶片构造，该外延硅层104具有较低的(N-)掺杂浓度并且具有上表面或顶表面101。在另一个示例中，衬底可以包括具有P导电类型的上部分的下部硅晶片，在其中例如形成N阱以便在具有多种电路类型(诸如双极电路以及CMOS电路等)的集成电路的隔离区中制造双极晶体管100。诸如通过注入P型掺杂剂(例如硼等)以形成从顶表面101向下延伸到衬底104中的P阱106，从而在衬底的外延部分104中形成P-基极区或第一区106。第一区106具有第一掺杂浓度，在附图中标示为“P-”。在图1的NPN双极晶体管示例中的该区106中形成第一基极部分和第二基极部分或基极区108a和108b。基极区108具有大于P-第一区106的掺杂浓度的第二掺杂浓度(例如，P+)。基极区108a和108b从顶表面101向下延伸到第一区106中并且在顶表面101附近。在P-第一区106中形成N型发射极结构110、112，该发射极结构110、112包括向下延伸到第一区106中的N+第一发射区110和较浅的更轻掺杂的第二发射极区112。第一发射极区110具有第三掺杂浓度(N+)。轻掺杂的第二发射极区112具有小于第一发射极区110的第三掺杂浓度的第四掺杂浓度(N-)。第一发射极区110紧邻顶表面101并且向下延伸进入第一区106至深度110D。在图1的示例中，第一发射极区110包括与第一基极区108a隔开并面向第一基极区108a的第一侧面(在图1中的左侧)，以及与第二基极区108b隔开并面向第二基极区108b的相对的第二侧面(在图1中的右侧)。在一些示例中，第二发射极区112被形成为围绕第一发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极晶体管，其包含：半导体衬底，其包括顶表面；第一导电类型的第一区，其从所述顶表面向下延伸到所述衬底中，所述第一区具有第一掺杂浓度；第二导电类型的集电极区，其被设置在所述衬底中；所述第一导电类型的基极区，其从所述顶表面向下延伸到所述第一区中并紧邻所述顶表面，所述基极区具有比所述第一掺杂浓度大的第二掺杂浓度；所述第二导电类型的第一发射极区，其向下延伸到所述第一区中并紧邻所述顶表面，所述第一发射极区具有第三掺杂浓度，所述第一发射极区包括与所述基极区隔开并面向所述基极区的第一侧面；以及所述第二导电类型的第二发射极区，其向下延伸到所述第一区中，所述第二发射极区紧邻所述顶表面并且紧邻所述第一发射极区的所述第一侧面的上部，所述第二发射极区具有小于所述第三掺杂浓度的第四掺杂浓度。

【技术特征摘要】
2016.06.25 US 15/193,0151.一种双极晶体管，其包含：半导体衬底，其包括顶表面；第一导电类型的第一区，其从所述顶表面向下延伸到所述衬底中，所述第一区具有第一掺杂浓度；第二导电类型的集电极区，其被设置在所述衬底中；所述第一导电类型的基极区，其从所述顶表面向下延伸到所述第一区中并紧邻所述顶表面，所述基极区具有比所述第一掺杂浓度大的第二掺杂浓度；所述第二导电类型的第一发射极区，其向下延伸到所述第一区中并紧邻所述顶表面，所述第一发射极区具有第三掺杂浓度，所述第一发射极区包括与所述基极区隔开并面向所述基极区的第一侧面；以及所述第二导电类型的第二发射极区，其向下延伸到所述第一区中，所述第二发射极区紧邻所述顶表面并且紧邻所述第一发射极区的所述第一侧面的上部，所述第二发射极区具有小于所述第三掺杂浓度的第四掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的双极晶体管，其进一步包含：所述第一导电类型的第二基极区，其从所述顶表面向下延伸到所述第一区中并紧邻所述顶表面，所述第二基极区具有所述第二掺杂浓度；其中所述第一发射极区包括与所述第二基极区隔开并面向所述第二基极区的第二侧面；并且其中所述第二发射极区紧邻所述第一发射极区的所述第二侧面的上部。3.根据权利要求2所述的双极晶体管，其中所述集电极区从所述顶表面向下延伸到所述衬底中，所述集电极区与所述第一区横向隔开；并且其中所述双极晶体管进一步包括：导电第一基极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述基极区，导电第二基极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述第二基极区，导电发射极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述第一发射极区，以及导电集电极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述集电极区。4.根据权利要求2所述的双极晶体管，其中所述第一发射极区从所述顶表面向下延伸进入所述第一区至第一深度，其中所述第二发射极区从所述顶表面向下延伸进入所述第一区至第二深度，并且其中所述第二深度小于所述第一深度。5.根据权利要求2所述的双极晶体管，其中所述第一导电类型是P型，并且所述第二导电类型是N型，并且其中所述双极晶体管是NPN晶体管。6.根据权利要求1所述的双极晶体管，其中所述第一发射极区从所述顶表面向下延伸进入所述第一区至第一深度，其中所述第二发射极区从所述顶表面向下延伸进入所述第一区至第二深度，并且其中所述第二深度小于所述第一深度。7.根据权利要求1所述的双极晶体管，其中所述第一导电类型是P型，并且所述第二导电类型是N型，并且其中所述双极晶体管是NPN晶体管。8.根据权利要求1所述的双极晶体管，进一步包含：导电基极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述基极区，以及导电发射极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述第一发射极区。9.一种集成电路即IC，其包含：半导体衬底，其包括顶表面；第一导电类型的第一区，其从所述顶表面向下延伸到所述衬底中，所述第一区具有第一掺杂浓度；第二导电类型的集电极区，其被设置在所述衬底中；所述第一导电类型的基极区，其从所述顶表面向下延伸到所述第一区中并紧邻所述顶表面，所述基极区具有大于所述第一掺杂浓度的第二掺杂浓度；导电基极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述基极区；所述第二导电类型的第一发射极区，其向下延伸到所述第一区中并紧邻所述顶表面，所述第一发射极区具有第三掺杂浓度，所述第一发射极区包括第一侧面，所述第一侧面与所述基极区隔开并面向所述基极区；导电发射极触点，其在所述顶表面上方紧邻所述第一发射极区；以及所述第二导电类型的第二发射极区，其向下延伸到所述第一区中，所述第二发射极区紧邻所述顶表面并且紧邻所述第一发射极区的所述第一侧面的上部，所述第二发射极区具有小于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·F·萨尔兹曼，R·W·卡恩，R·G·罗伊鲍尔，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US