抗辐照双极器件制造技术

抗辐照双极器件，涉及电子器件技术。本发明专利技术包括半导体区、设置于半导体区上方的绝缘介质区和电极，所述半导体区包括设置于衬底内的基区、发射区、P+欧姆接触区，发射区和P+欧姆接触区之间的区域为间隔区；在绝缘介质区和半导体区上表面之间，还设置有厚度为20～80nm的抗辐照加固层，所述抗辐照加固层的材质包括二氧化硅；在抗辐照加固层的上表面和绝缘介质区上表面之间，设置有平行于超薄二氧化硅层的导电场板，并且导电场板在半导体区上表面的投影与发射区有重叠部分，导电场板在半导体区上表面的投影与间隔区有重叠部分，导电场板与发射区形成导电连接。本发明专利技术的双极晶体管器件在同样的辐射环境下，电流增益增加20％～30％。

【技术实现步骤摘要】
抗辐照双极器件
本专利技术涉及电子器件技术，属于空间环境效应、核科学与应用
，更具体地，涉及一种抗辐射加固的双极晶体管器件。
技术介绍
空间带电辐射粒子主要包括重离子、电子、质子及X射线等。这些带电粒子与晶体管器件发生相互作用，产生电离辐射效应、单粒子效应和位移辐射效应等。对于采用SiO2作为绝缘材料和钝化层的晶体管器件，在不同类型辐射粒子的作用下，会在氧化物层中产生大量电子—空穴对，因在氧化物中电子的迁移率远高于空穴。在电场的作用下，电子以很快的速度向电极终端漂移，而迁移率较低的正电荷被氧化物陷阱所捕获，形成正氧化物电荷。另外，空穴在二氧化硅层迁移过程中，会与含氢缺陷发生反应，释放氢离子。氢离子会逐渐输运到Si/SiO2界面，与Si-H键发生反应，H++Si-H→Si悬挂键+H2↑，进而造成界面态缺陷。氧化物俘获正电荷和界面态均会改变载流子的复合速率，对于双极型晶体管，氧化物俘获正电荷和界面态会增加双极晶体管基区的空间电荷区复合速率，导致基极电流增加，双极晶体管电流增益降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种具有更高抗辐照能力的双极器件。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，抗辐照双极器件，包括半导体区、设置于半导体区上方的绝缘介质区和电极，所述半导体区包括设置于衬底内的基区、发射区、P+欧姆接触区，发射区和P+欧姆接触区之间的区域为间隔区；在绝缘介质区和半导体区上表面之间，还设置有厚度为20～80nm的抗辐照加固层，所述抗辐照加固层的材质包括二氧化硅；在抗辐照加固层的上表面和绝缘介质区上表面之间，设置有平行于超薄二氧化硅层的导电场板，并且导电场板在半导体区上表面的投影与发射区有重叠部分，导电场板在半导体区上表面的投影与间隔区有重叠部分，导电场板与发射区形成导电连接。进一步的，导电场板在半导体区上表面的投影覆盖发射区和间隔区的分界线以及P+欧姆接触区和间隔区的分界线。进一步的，所述抗辐照加固层包括自下向上重叠设置的第一二氧化硅层、正电荷抑制层和第二二氧化硅层，所述第一二氧化硅层的厚度为2～20nm，正电荷抑制层的厚度为第二二氧化硅层厚度为15～50nm。进一步的，所述P+欧姆接触区在半导体区上表面的投影为围绕发射区在半导体区上表面的投影区域的半封闭环。本专利技术的双极晶体管器件在同样的辐射环境下，电流增益增加20％～30％。附图说明图1(a)-1(k)示出了本专利技术的制造的一种抗电离辐射双极器的流程中部分阶段的截面图。图1(l)-1(n)示出了本专利技术制造的一种抗电离辐射双极器的流程中部分阶段的可改进的方案的剖面图。图1(o)为直接淀积二氧化硅层间介质层的抗辐射加固结构示意图。图2(a)示出了示出了根据本专利技术的一种抑制晶体管电离辐射效应，特别是总剂量辐射的抗辐照氧化层的抗辐射的原理示意图。图2(b)-2(d)示出了根据本专利技术的制造的一种抑制晶体管总剂量辐射效应的二氧化硅薄膜的制备流程。图3为另一种制备复合抗辐射二氧化硅层的方法。图4为一种添加了P+环结构的抗辐射双极器件剖面图及对应的版图。图5为一种添加了浓硼环的抗辐射加固的双极晶体管器件仿真结构图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本专利技术。但是，这些描述只是示范性的，而非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免和本专利技术的概念混淆。在附图中示出了根据本专利技术实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。本专利技术采用“～”符号表示的数值范围均包含端值。以下内容说明了本专利技术的制备方法，通过制备步骤即可明确的理解本专利技术的器件结构。首先，衬底上热氧化生成厚的二氧化硅牺牲层(也可以称为注入扩散阻挡层)，光刻集电区，在衬底上形成第一种导电类型的集电区，再在集电区形成第二种导电类型的基区，再在基区形成更高浓度的第一种导电类型的发射区；然后，刻蚀掉二氧化硅牺牲层；生长一层薄的二氧化硅，可以是复合加固的二氧化硅，也可以是非复合加固的二氧化硅；在这层薄的二氧化硅层上，位于发射区-基区结的上方制备导电场板，可以是多晶硅也可以是金属，导电场板与发射极电位连接；溅射厚的二氧化硅介质层，分别刻蚀出发射极孔、基极、集电极孔，淀积金属，刻蚀完成金属电极的图形化，制备钝化层。前述“复合加固”是指在二氧化硅层和正电荷抑制层形成复合层结构，例如，在厚度为2～20nm的第一二氧化硅层的上表面上生长正电荷抑制层，然后在正电荷抑制层上再生长一层厚度为15～50nm的第二二氧化硅层，正电荷抑制层材料为Al2O3，厚度为总剂量辐射会在二氧化硅介质层中产生大量的会电子—空穴对，因在氧化物中电子的迁移率远高于空穴。在电场的作用下，电子以很快的速度向电极终端漂移，而迁移率较低的正电荷被氧化物陷阱所捕获，形成正氧化物电荷。本专利技术通过制备更薄的二氧化硅层或抗辐射二氧化硅层，减少辐射所形成的正氧化物电荷；同时研究表明位于二氧化硅介质层中的正氧化物电荷主要导致基区表面电流复合率增加，基极电流增加，所以通过在发射区基区结上添加导电场板，该场板与发射极具有相同的电位，该电位与基区电位总存在0.7V左右的电势差，从而降低辐射所捕获的正电荷对基区表面电流的影响，从而提高器件抗辐射的能力。抗辐射二氧化硅层的制备可以采用以下两种方法：第一种，位于非常薄的SiO2表面的单层Al-O键会引入受主态(Al-inducedacceptorstates)，捕获电子，从而在界面处产生负的固定电荷，Al-O键倾向于作为受主接受电子，在二氧化硅表面的Al键接受电子后产生电场，二氧化硅表面的正电荷通过电场的作用减小，从而降低二氧化硅的表面态Dit，达到了抗电离辐照的效果。具体流程见实施实例。第二种方法可以采用复合结构的SiO2层，即先在硅表面热氧化生长一层薄的SiO2层，再采用CVD、LPCVD、PECVD等工艺溅射一层薄的二氧化硅或氮化硅，因为CVD、LPCVD、PECVD等工艺溅射的介质层含有一定的缺陷，而这些缺陷的存在有利于捕获辐射所造成的正电荷，有利于提高抗辐射性能。通常在Si衬底界面存在许多断裂的硅键，采用热氧化生长SiO2层，将修复这些断裂的键，如果直接采用溅射的方法，Si/SiO2的界面态较差，影响器件性能。另外，在制备场板时，可以采用三种不同的结构，第一种结构先刻蚀出发射极孔，金属溅射后，直接刻蚀出金属电极，该电极横跨发射区基区结延伸到部分基区，这种工艺只需要在层间介质层上开一个窗口，工艺更简单；第二种结构先在薄的二氧化硅层上淀积金属，刻蚀出独立的场板，再沉积层间介质二氧化硅层，刻蚀出发射极孔和场板孔，淀积刻蚀金属，实现场板与发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抗辐照双极器件，包括半导体区、设置于半导体区上方的绝缘介质区和电极，所述半导体区包括设置于衬底(101)内的基区(103)、发射区(104)、P+欧姆接触区(106)，发射区(104)和P+欧姆接触区(106)之间的区域为间隔区；/n其特征在于，在绝缘介质区和半导体区上表面之间，还设置有厚度为20～80nm的抗辐照加固层，所述抗辐照加固层的材质包括二氧化硅；/n在抗辐照加固层的上表面和绝缘介质区上表面之间，设置有平行于超薄二氧化硅层(105)的导电场板(107)，并且导电场板107在半导体区上表面的投影与发射区(104)有重叠部分，导电场板(107)在半导体区上表面的投影与间隔区有重叠部分，导电场板(107)与发射区(104)形成导电连接。/n

【技术特征摘要】
20190906 CN 20191084077671.抗辐照双极器件，包括半导体区、设置于半导体区上方的绝缘介质区和电极，所述半导体区包括设置于衬底(101)内的基区(103)、发射区(104)、P+欧姆接触区(106)，发射区(104)和P+欧姆接触区(106)之间的区域为间隔区；
其特征在于，在绝缘介质区和半导体区上表面之间，还设置有厚度为20～80nm的抗辐照加固层，所述抗辐照加固层的材质包括二氧化硅；
在抗辐照加固层的上表面和绝缘介质区上表面之间，设置有平行于超薄二氧化硅层(105)的导电场板(107)，并且导电场板107在半导体区上表面的投影与发射区(104)有重叠部分，导电场板(107)在半导体区上表面的投影与间...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟亚红，杨峰，李珍，李威，张国俊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51