一种基于氢控制的半导体器件及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于氢控制的半导体器件，包括依次相接的钝化层、阻挡吸收层、氧化层、硅层。以钛层为阻挡吸收层，阻挡氢进入氧化层，同时吸收氧化层中过量的氢，实现氧化层中氢含量控制。还涉及一种基于氢控制的半导体器件制备方法，包括流片、阻挡吸收层制备、封装，进一步包括阻挡吸收层优化，通过对比辐照试验，选取阻挡吸收层的厚度和材料。本发明专利技术设置氢阻挡吸收层，阻止辐射感生缺陷界面陷阱的形成，提升了半导体器件抗总剂量性能。制备过程不改变器件自身设计结构，对半导体器件常规性能影响小，易于实施，流程简便。流程简便。流程简便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氢控制的半导体器件及制备方法


[0001]本专利技术属于电子器件抗辐射加固
，具体是一种基于氢控制的半导体器件及制备方法。

技术介绍

[0002]电子器件的抗总剂量能力弱严重制约了其在辐射环境中的应用，而抗总剂量能力提升一直是研究领域中重点难点问题。对于双极工艺器件传统的工艺加固手段包括改变钝化层，氧化层注F、减薄基区氧化层、增加基区浓度、压缩外基区、用纵向NPN结构替代PNP晶体管等；对于传统MOS工艺器件，常采用的加固手段包括环栅设计、氧化层质量改善及沟道掺杂调整等手段。这些加固手段在一定程度能提高器件的抗辐射量能力，但并没有从根本上改变辐射感生缺陷的形成过程，其加固成本过高，且效果有限。
[0003]大量研究表明氢对半导体器件氧化层中的辐射感生缺陷钝化和形成具有重要作用。高温氛围中的少量氢能够钝化界面悬键，能改善器件界面特性，提高器件性能；然而，氧化层中过量的氢却会大大降低器件的抗辐射能力，在辐射环境中半导体器件氧化层形成的缺陷会加速氧化层过量氢的裂解而形成质子，这些质子是辐射感生界面陷阱电荷产生的主要诱因。氢对氧化层中辐射感生缺陷的作用过程如下：当辐照过程中产生氧化物陷阱电荷时(式1)，氧化层中过量氢与之反应生成含H缺陷和H+(式2)，含H缺陷再次俘获空穴也会有一定几率放出H+(式3)，而H+会在边缘电场力的作用输运到界面，参与界面陷阱的形成过程，从而促进界面陷阱的生长(式4)。
[0004][0005][0006]V
B
H+h
+
→
V
B
+H
+
ꢀꢀꢀ
(3)
[0007]H
+
+PbH
→
Pb
+
+H2ꢀꢀꢀ
(4)
[0008]其中V
B
代表氧化层中性陷阱，V
B
H代表含氢缺陷，PbH表示界面Si
‑
H键，Pb
+
为对器件性能影响最为严重的界面陷阱。可见氧化层中氢的含量控制对于半导体器件抗辐射性能改善具有重要作用。此外，研究表明：在半导体器件制造工艺中，后端工艺中的氢是器件氧化层中氢的的主要源头，如在钝化层的生长、氢气氛围中的热处理及封装管壳释放的氢等过程。控制这些过程中的氢进入氧化层是提高半导体器件抗辐射性能的关键。
[0009]目前，并还没有利用控制氧化层中的氢含量来提升半导体器件工艺抗辐射能力的相关方法，而传统的抗总剂量性能提升方法效果有限，实施过程复杂，且成本高。

技术实现思路

[0010]为了克服半导体器件在辐射环境中应用时存在的抗总剂量能力不足、缺少有效的氧化层氢含量方法，本专利技术提出了一种基于氢控制的半导体器件及制备方法。
[0011]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
[0012]一种基于氢控制的半导体器件，包括依次相接的钝化层、阻挡吸收层、氧化层、硅
层，各层为片状结构。
[0013]所述阻挡吸收层为氢阻挡吸收层，用于阻挡氢进入氧化层，同时吸收氧化层中过量的氢，实现氧化层中氢含量控制。
[0014]上述的基于氢控制的半导体器件，所述阻挡吸收层为钛层。
[0015]一种基于氢控制的半导体器件制备方法，包括如下步骤：
[0016]第一步，流片
[0017]以半导体器件为基础，进行基于氢控制的半导体器件的版图设计。在氧化层表面设置阻挡吸收层，阻挡吸收层位于氧化层与钝化层之间，阻止钝化层生长、封装及环境氛围中的氢进入氧化层中，实现氧化层的隔离。
[0018]第二步，阻挡吸收层制备
[0019]以硅层为基础，依次生长氧化层、阻挡吸收层、钝化层。
[0020]第三步，封装
[0021]对基于氢控制的半导体器件进行热处理、封装。
[0022]上述的基于氢控制的半导体器件制备方法，所述第二步阻挡吸收层制作，进一步包括阻挡吸收层优化，阻挡吸收层优化过程包括：
[0023]将制作的基于氢控制的半导体器件和正常工艺半导体器件各自分为2组，共4组，进行辐照试验，其中各有一组基于氢控制的半导体器件和正常工艺半导体器件处于所有管脚短接接地的零偏偏置状态，各有一组基于氢控制的半导体器件和正常工艺半导体器件处于工作偏置状态。对4组半导体器件进行对比辐照试验，记录各自的累积总剂量值。
[0024]依据抗辐射性能提高指标要求，选取抗辐射性能满足指标要求的基于氢控制的半导体器件，该基于氢控制的半导体器件的阻挡吸收层的厚度和材料即为优化的阻挡吸附层厚度和材料。
[0025]上述的基于氢控制的半导体器件制备方法，所述对比辐照试验，采用钴源辐照装置，辐照剂量率为X，X＝0.01rad(Si)/s～0.10rad(Si)/s，试验剂量点间隔为5krad(Si)～20krad(Si)。
[0026]上述的基于氢控制的半导体器件制备方法，所述阻挡吸收层为钛层。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]一种基于氢控制的半导体器件，充分考虑了半导体器件氧化层中电离辐射感生缺陷界面陷阱的形成过程和主要诱因，从源头上出发，设置氢阻挡吸收层，阻止辐射感生缺陷界面陷阱的形成过程，从而达到提升器件抗总剂量性能目的。
[0029]一种基于氢控制的半导体器件，在钝化层中增加氢阻挡吸收层，利用增加材料的氢阻挡性能阻挡了钝化层生长、封装及环境中的氢进入器件氧化层，同时利用增加层的吸附作用吸收氧化层中过量的氢。在阻挡和吸收综合作用下，氧化层中的氢将被有效控制。
[0030]一种基于氢控制的半导体器件制备方法，氢阻挡吸收层位于集成电路制作工艺的后端工艺中，不改变器件自身设计结构，对器件常规性产生的影响小，且易于实施，流程简单，具有较好的应用前景。
附图说明
[0031]图1是本专利技术制备方法流程框图；
[0032]图2是氢阻挡层在半导体器件中的位置示意图。
[0033]图中：1.钝化层；2.阻挡吸收层；3.氧化层；4.硅层。
具体实施方式
[0034]实施例1、2、3
[0035]一种基于氢控制的半导体器件制备方法，在半导体器件制作工艺的后端工艺的钝化层生长时，在钝化层中增加H2的阻挡吸收层，形成加固器件。通过试验确定最佳阻挡吸收层厚度，固化工艺，形成抗辐射性能提升的器件。如图1所示，具体过程如下：
[0036]步骤1，基于氢控制的半导体器件制备
[0037]选择待加固器件，进行器件常规流片制作工艺步骤，直至金属化布线工艺结束后，在钝化层中沉积一层氢阻挡吸收的材料层。主要是利用该材料层，阻止钝化层生长、封装及环境氛围中的氢进入基区表面氧化层中，实现基区表面氧化层的物理隔离。同时利用该材料层对基区表面氧化层中多于的氢进行吸附。从而达到器件氧化层中氢的控制目的。对制作的器件进行全参数测试，得到基于氢控制的半导体器件。
[0038]第一步，流片
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氢控制的半导体器件，其特征在于，包括依次相接的钝化层(1)、阻挡吸收层(2)、氧化层(3)、硅层(4)，层片状结构；所述阻挡吸收层(2)为氢阻挡吸收层，用于阻挡氢进入氧化层(3)，同时吸收氧化层(3)中过量的氢，实现氧化层中氢含量控制。2.根据权利要求1所述一种基于氢控制的半导体器件，其特征在于，所述阻挡吸收层(2)为钛层。3.一种基于氢控制的半导体器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，流片：以半导体器件为基础，进行基于氢控制的半导体器件的版图设计；在氧化层(3)表面设置阻挡吸收层(2)，阻挡吸收层(2)位于氧化层(3)与钝化层(1)之间，阻止钝化层(1)生长、封装及环境氛围中的氢进入氧化层(3)中，实现氧化层(3)的隔离；第二步，阻挡吸收层制备：以硅层(4)为基础，依次生长氧化层(3)、阻挡吸收层(2)、钝化层(1)；第三步，封装：对基于氢控制的半导体器件进行热处理、封装。4.根据权利要求3所述的基于氢控制的半导体器件制备方法，其特征在于，所述第二步阻挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：马武英，欧阳晓平，郭红霞，缑石龙，何宝平，潘琛，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：