[发明专利]基于发射区几何结构的双极器件抗辐照加固方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域。

背景技术

双极晶体管(BJT-Bipolar Junction Transistor)具有良好的电流驱动能力、线性度、低噪声以及优良的匹配特性，是构成双极集成电路的基本单元。它们在模拟或混合集成电路及BiCMOS(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor)电路中有着重要的作用。这些双极晶体管及电路均广泛应用于航天器。在空间带电粒子(质子和电子)作用下，电子器件受到损伤会直接影响航天器的可靠性与寿命。大量航天实践表明，许多航天事故或故障都与电子器件受到辐射损伤相关，约占各类航天器事故或故障的40%以上，所造成的经济损失十分巨大。双极晶体管及电路是辐射效应敏感器件，提高其抗空间辐射损伤能力具有重要的工程背景和工程实际意义。

双极器件对电离效应敏感。双极器件中包含绝缘材料、导电材料及半导体材料。不同类型的双极器件，其内部所用材料的成分不同。例如，硅器件中关键的绝缘材料为SiO₂氧化层。电离效应主要是对双极硅器件中的SiO₂氧化层造成损伤，并在SiO₂/Si界面形成界面态。SiO₂层中的俘获正电荷和SiO₂/Si界面处界面态会导致发射结的复合率增加，造成晶体管过剩基极电流I_B的增加，从而使晶体管电流增益的退化，漏电流增加，进而影响双极电路的性能。

因此，如果能够在不影响双极器件电性能指标的前提下，基于改善发射区几何结构，提出一种可以大幅度减小氧化物俘获正电荷和界面态影响，并最终提高双极器件抗辐照能力的技术途径，将会对整个集成电路的抗辐照加固具有重大的意义。

发明内容

本发明是为了解决现有的双极晶体管及电路在空间辐射环境中的电流增益损伤程度大，双极器件抗辐照能力低的问题，从而提供了基于发射区几何结构的双极器件抗辐照加固方法。

基于发射区几何结构的双极器件抗辐照加固方法，该方法的具体步骤为：

步骤一：采用TCAD软件模拟双极型器件圆形发射区梳状结构的工艺参数，并根据模拟的工艺参数采用传统工艺制备圆形发射区梳状结构的双极型器件；所述工艺参数为圆形发射区梳状结构的面积和周长；

步骤二：采用SRIM软件模拟获得注入双极型器件的离子的能量、入射深度和注量信息；

步骤三：采用TCAD软件模拟双极型器件的电流增益变化，改变双极型器件的离子注入量，使TCAD软件模拟双极型器件的电流增益变化量小于未注入离子时双极型器件电流增益的10%，记录离子注入量；

步骤四：根据步骤三获得的离子注入量，对离子注入机进行参数设置，在双极型器件发射区的边缘位置进行离子注入，形成横截面为梯形的发射区；

步骤五：对完成离子注入后的双极型器件进行退火处理，退火处理后完成基于发射区几何结构的双极器件抗辐照加固。

本发明的有益效果是：本发明的双极器件抗辐照加固方法保留了传统的双极器件工艺技术，制造工艺步骤非常简单。本发明所提出的新型技术可通过改进发射区几何结构，能大幅度降低电离辐照诱导的氧化物俘获正电荷和界面态对器件性能参数的影响，显著增强双极器件的抗辐照能力，同比增强了2-5倍。因此，该方法在双极器件抗辐照加固技术有着广阔的应用前景，适用于商业化生产。

附图说明

图1为本发明所述的方法流程图；

图2为双极型器件简化结构示意图；

图3为经低能电子辐照后，不同发射区周长/面积比的双极型器件电流增益倒数变化量随辐照注量的变化关系；

图4为相同吸收剂量条件下，过剩基极漏电流随双极型器件发射区周长/面积比的变化关系；

图5为梳状结构发射区的示意图；

图6为圆形发射区梳状结构的示意图；

图7为梯形发射区的横截面示意图；

图8为不同发射区结构的双极晶体管电流增益变化量随吸收剂量的变化关系。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于发射区几何结构的双极器件抗辐照加固方法，该方法的具体步骤为：

步骤一：采用TCAD软件模拟双极型器件圆形发射区梳状结构的工艺参数，并根据模拟的工艺参数采用传统工艺制备圆形发射区梳状结构的双极型器件；所述工艺参数为圆形发射区梳状结构的面积和周长；