[发明专利]抗辐照双极器件及该器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及双极器件的抗辐照技术。

背景技术

航天器在轨飞行过程中，与空间各类带电粒子(电子及质子)发生交互作用。这些电子及质子对航天器用电子器件的性能有着强烈的影响，会造成电离辐射效应、位移辐射效应和单粒子效应等。这些辐射效应将导致电子器件的异常或失灵，甚至最终导致航天器发生灾难性的事故。国内外研究结果表明，航天器在轨会发生不同形式的故障，缩短了工作寿命，造成很大的损失。故障分析结果表明，空间带电粒子对航天器上电子器件产生辐射损伤效应是故障乃至事故的重要原因。当今随着航天科学技术的发展，对航天器用电子器件的抗辐照指标提出了更高的要求。伴随着这些要求的提高，电子元器件抗辐照原理及技术的发展就显得更加重要。

双极晶体管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。它们在模拟或混合集成电路及BiCMOS电路中有着重要的作用，且这些电路及双极晶体管常常应用于空间环境。所以，对提高双极器件的抗辐照能力，对于优化航天器的选材和设计及提高航天器的在轨服役可靠性，具有十分重要的工程实际意义。

对于目前常用的硅器件而言，双极器件大多采用SiO₂氧化层来保护器件表面。这就形成了SiO₂/Si界面。总剂量辐照(电离损伤)会在氧化物层内产生俘获正电荷和在SiO₂/Si界面产生界面态。俘获正电荷和界面态均使得载流子表面复合速率增加，导致少数载流子寿命的降低，使双极器件电流增益衰降和结漏电流增加。

双极器件(尤其是NPN型双极晶体管)经辐照损伤后，氧化物俘获正电荷会导致发射结(N⁺P结)及基区表层的耗尽层向基区扩展(P型区)，增加耗尽层内的复合电流，导致双极器件的过剩基极电流?I_B(辐照后基极电流减去初始基极电流)增加，影响双极器件的可靠性及寿命。双极晶体管耗尽层扩展结构示意图，如图1所示。

因此，在不影响双极器件电性能指标的前提下，大幅度减小氧化物俘获正电荷对器件性能的影响，并有效提高双极器件抗辐照能力，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

本发明的目的是为了解决现有双极器件抗辐照能力差的问题，提出一种基于优化器件基区表面结构及浓度的抗辐照双极器件及该器件的制备方法。

本发明所述的抗辐照双极器件，在基区表面设置有以发射区为中心的高掺杂浓度区，所述高掺杂浓度区的掺杂浓度为体区掺杂浓度的10～10000倍。

所述的高掺杂浓度区为多环式高掺杂浓度区或长方形栅格式高掺杂浓度区。

多环式高掺杂浓度区的深度为发射区深度的1/20～1/5，环的宽度为0.01～10um，内环边界距发射区边界的最小距离为0.01～10um，相邻两个环的间距为0.1～10um，环的个数为1～10个。

长方形栅格式高掺杂浓度区的深度为发射区深度的1/20～1/5，长方形栅格的长度和宽度均为0.01～10um，长方形栅格距发射区边界最小距离为0.01～10um，相邻两个长方形栅格的间距为0.1～10um，栅格的行数和列数均为2～100个。

本发明所述的抗辐照双极器件的制备方法为：在完成基区扩散或离子注入后，在进行发射区扩散或离子注入前，进行抗辐照加固方法，所述抗辐照加固方法通过以下步骤实现：

步骤一、在基区掩膜版的基础上，制备基区表面掺杂掩膜版；

步骤二、基于该掩膜板向基区表面注入与基区体内相同的杂质离子，注入深度为发射区深度的1/20～1/5，注入浓度为体区浓度的10～10000倍；

步骤三、完成注入后，进行退火处理，退火温度与基区体扩散或注入时的退火温度相同，退火时间与基区体扩散或注入时的退火时间相同。

上述步骤一所述的基区表面掺杂掩膜版为多环式掩膜版或长方形栅格式掩膜版。

所述的多环式掩膜版的环的宽度为0.01～10um，内环边界距发射区边界的最小距离为0.01～10um，相邻两个环的间距为0.1～10um，环的个数为1～10个。

所述的长方形栅格式掩膜版的长方形栅格的长度和宽度均为0.01～10um，长方形栅格距发射区边界最小距离为0.01～10um，相邻两个长方形栅格的间距为0.1～10um，栅格的行数和列数均为2～100个。