一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件及該雙極器件的制備方法
【專利摘要】一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件及該雙極器件的制備方法，屬于電子【技術領域】。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的雙極器件在空間輻射環(huán)境下會產生電離及位移效應，雙極器件受輻射損傷后電性能指標下降的問題。本發(fā)明所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件通過多晶硅連接雙極器件的金屬層與發(fā)射區(qū)的方式進行連接，從而達到抑制雙極器件在空間輻射環(huán)境產生電離及位移輻射損傷的目的；本發(fā)明所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，在保留了傳統(tǒng)的雙極器件制備工藝的同時，制備出了能夠大幅度降低輻射損傷的雙極器件。本發(fā)明適用于雙極器件抗輻照加固技術應用中。
【專利說明】一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件及該雙極器件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子【技術領域】，尤其涉及一種抗輻照雙極器件。
【背景技術】
[0002]空間輻射環(huán)境會導致雙極器件產生電離及位移效應。電離效應主要是對雙極器件的SiO2鈍化層造成損傷，并在Si02/Si界面生成界面態(tài)，從而影響雙極器件的電性能參數(shù)。電離輻射效應在SiO2層中產生電子空穴對。產生的電子遷移率較大，大部分移出鈍化層。在其移出之前，有一部分電子與空穴復合。空穴的遷移率較慢，除與電子復合的空穴外，剩余的被SiO2層的缺陷俘獲，形成俘獲正電荷，進而在界面處引入Si02/Si界面態(tài)。SiO2層中的俘獲正電荷和Si02/Si界面處界面態(tài)會導致發(fā)射結的復合率增加，造成過?；鶚O電流Ib的增加，從而使晶體管電流增益的退化，致使雙極器件輻射損傷。
[0003]電離輻射損傷復合率的增加主要有兩方面的原因:
[0004](I)發(fā)射結耗盡層在基區(qū)表面(P型區(qū))的擴展；
[0005](2)表面復合速率增加。
[0006]氧化物層中俘獲正電荷，會影響表面特性，并且對于PN結來說，會導致其耗盡層區(qū)域向P區(qū)一側擴展。對于NPN型器件，發(fā)射極一基極耗盡層向摻雜濃度較小的P型基區(qū)側擴展；而對于PNP型器件，發(fā)射極一基極耗盡層向摻雜濃度較大的P型發(fā)射區(qū)側擴展。這種擴展均會致使復合電流的增加，然而所涉及的機理較為復雜。在輻照過程中由于產生的俘獲正電荷數(shù)量逐漸增多，致使耗盡層向P型區(qū)域不斷擴展，導致晶體管發(fā)射區(qū)面積不斷改變，結果導致雙極器件的電性能指標下降。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的雙極器件在空間輻射環(huán)境下會產生電離及位移效應，雙極器件受輻射損傷后電性能指標下降的問題，現(xiàn)提供一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件及該雙極器件的制備方法。
[0008]一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件，該雙極器件的金屬層與發(fā)射區(qū)利用異質結特性材料增強電極結構連接。
[0009]上述異質結特性材料增強電極結構包括:多晶硅和金屬硅化物，所述多晶硅的形狀為半球型，金屬硅化物覆蓋在多晶硅上表面，所述多晶硅中含有摻雜原子。
[0010]一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，所述方法為:
[0011]首先，利用光刻技術在發(fā)射區(qū)上光刻出接觸孔；并在該接觸孔處形成硅層，在該硅層上沉積種子原子，形成多晶硅；
[0012]然后，利用低壓化學氣相沉積方法在多晶硅表面生成金屬硅化物層，并利用光刻技術平整金屬硅化物層的表面，構成異質結特性材料增強電極結構；
[0013]利用上述方法在上述異質結特性材料增強電極結構表面再制備兩層異質結特性材料增強電極結構；
[0014]在最上層的異質結特性材料增強電極結構上生成金屬層，將該金屬層與發(fā)射極電極連接，構成雙極器件；
[0015]最后，對上述雙極器件進行退火，從而獲得一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件。
[0016]本發(fā)明所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件克服了現(xiàn)有技術中，雙極器件金屬層與發(fā)射極電極直接連接的固有思路，而是在不影響雙極器件電性能指標的前提下，通過異質結特性材料增強電極結構連接雙極器件的金屬層與發(fā)射區(qū)的方式進行連接，所述異質結特性材料增強電極結構能夠使雙極器件的發(fā)射效率不再由注入比決定，因此，能夠采用重摻雜技術形成基區(qū)，進而抑制了氧化物俘獲正電荷的影響，從而達到抑制雙極器件在空間輻射環(huán)境產生電離及位移的目的，使雙極器件抗輻照能力大提升3至5倍，保證了電性能指標；同時這種發(fā)射極電極連接方式除具有較高抗輻照性能指標外，還具有較聞的驅動電流。
[0017]本發(fā)明所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，在保留了傳統(tǒng)的雙極器件制備工藝的同時，制備出了能夠大幅度降低電離輻射損傷的雙極器件，制造工藝簡單，步驟少、方便快捷，制備出的雙極器件的失效閾值是現(xiàn)有雙極器件的3至5倍，抑制了雙極器件在空間輻射環(huán)境下會產生電離及位移效應。
[0018]本發(fā)明所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件及該雙極器件的制備方法，在雙極器件抗輻照加固技術應用中，有著明顯的優(yōu)勢和廣泛的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是雙極器件耗盡層擴展結構示意圖；
[0020]圖2是發(fā)射極采用金屬/異質結特性材料增強電極結構/發(fā)射區(qū)的連接方式示意圖；
[0021]圖3是發(fā)射極基于多晶硅連接與常規(guī)電極連接時，雙極晶體管電流增益變化量隨吸收劑量的變化關系；圖中曲線I表示常規(guī)發(fā)射極的電流增益變化量隨吸收劑量的變化關系，曲線2表示多晶硅發(fā)射極的電流增益變化量隨吸收劑量的變化關系。
【具體實施方式】
[0022]【具體實施方式】一:參照圖2具體說明本實施方式,本實施方式所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件，該雙極器件的金屬層與發(fā)射區(qū)利用異質結特性材料增強電極結構連接。
[0023]雙極器件(尤其是NPN型雙極晶體管)經輻照損傷后，氧化物俘獲正電荷會導致發(fā)射結(N+P結)及基區(qū)表層的耗盡層向基區(qū)擴展(N型區(qū))，增加耗盡層內的復合電流，導致雙極器件的過?；鶚O電流Λ Ib(輻照后基極電流減去初始基極電流)增加，影響雙極器件的可靠性及壽命。雙極晶體管耗盡層擴展結構示意圖，如圖1所示。
[0024]本實施方式所述的雙極器件，打破了雙極器件金屬層與發(fā)射極電極直接連接的常規(guī)方式，而采用了通過異質結特性材料增強電極結構連接雙極器件的金屬層與發(fā)射極的方式進行連接。所述異質結特性材料增強電極結構能夠使雙極器件的發(fā)射效率不再由注入比決定，進而抑制了氧化物俘獲正電荷的影響，致使雙極器件抗輻照能力的大幅度提升，這種發(fā)射極電極連接方式除具有較高抗輻照性能指標外，還具有較高的驅動電流。
[0025]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件作進一步說明，本實施方式中，所述異質結特性材料增強電極結構包括:多晶硅和金屬硅化物，所述多晶硅的形狀為半球型，金屬硅化物覆蓋在多晶硅上表面，所述多晶娃中含有摻雜原子。
[0026]本實施方式中，在發(fā)射區(qū)上先形成導電性優(yōu)良的金屬化合物(如金屬硅化物)，然后通過生成多晶硅晶粒將金屬化合物與發(fā)射區(qū)連接，從而使得改進后的雙極器件的薄膜電阻降低。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】二所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件作進一步說明，本實施方式中，所述多晶硅中的摻雜原子與雙極器件發(fā)射區(qū)中的摻雜原子類型相同。
[0028]本實施方式中，異質結特性材料增強電極結構中的摻雜原子與雙極器件發(fā)射區(qū)中的摻雜原子類型相同。例如發(fā)射區(qū)中含有N型摻雜原子，則異質結特性材料增強電極結構中的摻雜原子也為N型摻雜原子，采用該工藝的原因是為了使發(fā)射區(qū)和異質結特性材料增強電極結構之間的產生良好的導電性。
[0029]【具體實施方式】四:參照圖2具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，所述方法為:
[0030]首先，利用光刻技術在發(fā)射區(qū)上光刻出接觸孔；并在該接觸孔處形成硅層，在該硅層上沉積種子原子，形成多晶硅2 ；
[0031]然后，利用低壓化學氣相沉積方法在多晶硅2表面生成金屬硅化物層1，并利用光刻技術平整金屬硅化物層I的表面，構成異質結特性材料增強電極結構；
[0032]利用上述方法在上述異質結特性材料增強電極結構表面再制備兩層異質結特性材料增強電極結構；
[0033]在最上層的異質結特性材料增強電極結構上生成金屬層3，將該金屬層3與發(fā)射極電極連接，構成雙極器件；
[0034]最后，對上述雙極器件進行退火，從而獲得一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件。
[0035]利用Co60輻照源對本實施方式中獲得的雙極器件和現(xiàn)有雙極器件進行輻照對比試驗，實驗中Co60輻照源的劑量率為0.lrad/s，總劑量為lOOkrad，以電流增益變化量為-60作為失效判據(jù)，獲得如圖3所示的結果，從圖中可以看出，與傳統(tǒng)結構工藝相比，本實施方式所制備的具有異質結特性材料增強電極結構的雙極器件的失效閾值是現(xiàn)有雙極器件的4.4倍。綜合同一批次的具有異質結特性材料增強電極結構的雙極器件的輻照試驗測試結果進行對比，本實施方式所制備的雙極器件的失效閾值提升了 3至5倍。
[0036]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】四所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法作進一步說明，本實施方式中，所述退火的溫度在4000CM 1100°C之間，退火時間在0.5min至20min之間。
[0037]【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】四所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法作進一步說明，本實施方式中，所述異質結特性材料增強電極結構包括:多晶硅2和金屬硅化物，所述多晶硅2的形狀為半球型，金屬硅化物覆蓋在多晶娃2上表面,所述多晶娃2中含有摻雜原子。
[0038]【具體實施方式】七:本實施方式是對【具體實施方式】六所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法作進一步說明，本實施方式中，所述多晶硅2中的摻雜原子與雙極器件發(fā)射區(qū)中的摻雜原子類型相同。
【權利要求】
1.一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件，其特征在于，該雙極器件的金屬層與發(fā)射區(qū)利用異質結特性材料增強電極結構連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件，其特征在于，所述異質結特性材料增強電極結構包括:多晶硅和金屬硅化物，所述多晶硅的形狀為半球型，金屬硅化物覆蓋在多晶硅上表面，所述多晶硅中含有摻雜原子。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件，其特征在于，所述多晶硅中的摻雜原子與雙極器件發(fā)射區(qū)中的摻雜原子類型相同。
4.一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，其特征在于，所述方法為: 首先，利用光刻技術在發(fā)射區(qū)上光刻出接觸孔；并在該接觸孔處形成硅層，在該硅層上沉積種子原子，形成多晶硅(2)； 然后，利用低壓化學氣相沉積方法在多晶硅(2)表面生成金屬硅化物層(1)，并利用光刻技術平整金屬硅化物層(I)的表面，構成異質結特性材料增強電極結構； 利用上述方法在上述異質結特性材料增強電極結構表面再制備兩層異質結特性材料增強電極結構； 在最上層的異質結特性材料增強電極結構上生成金屬層(3)，將該金屬層(3)與發(fā)射極電極連接，構成雙極器件； 最后，對上述雙極器件進行退火，從而獲得一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，其特征在于，所述退火的溫度在400°C至1100°C之間，退火時間在0.5min至20min之間。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，其特征在于，所述異質結特性材料增強電極結構包括:多晶硅(2)和金屬硅化物，所述多晶硅(2)的形狀為半球型，金屬硅化物覆蓋在多晶硅(2)上表面，所述多晶硅(2)中含有慘雜原子。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于發(fā)射極電極接觸方式的抗輻照雙極器件的制備方法，其特征在于，所述多晶硅(2)中的摻雜原子與雙極器件發(fā)射區(qū)中的摻雜原子類型相同。
【文檔編號】H01L29/73GK103887330SQ201410136051
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】李興冀, 王敬賢, 劉超銘, 劉文寶, 楊劍群, 季軒, 田智文, 何世禹 申請人:哈爾濱工業(yè)大學, 中國航天標準化研究所