[发明专利]基于仿真的锗硅异质结双极晶体管抗单粒子效应加固方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件抗单粒子效应加固方法，特别是涉及一种基于仿真的抗单粒子效应加固方法，属于微电子技术领域、抗辐射加固技术领域。

背景技术

半导体工艺和器件仿真工具(TCAD)是通过计算机模拟技术对半导体工艺条件和器件版图结构进行模拟的有效手段。随着半导体器件辐射效应研究的不断发展，将器件仿真工具与粒子输运模拟计算相结合的计算机仿真方法，解决了地面模拟试验成本较高、机时紧张的问题，同时可以弥补工艺实验费用昂贵以及周期较长的不足。

单粒子效应(SEE)是微电子器件和电路受到空间辐射环境中的高能射线粒子，如质子、中子、α粒子或其它重离子的辐照，由单个粒子与器件敏感区域相互作用而引起的辐射损伤效应。带电粒子与半导体材料的分子或者原子发生碰撞，形成电荷密度很高的电子-空穴对，这些电荷被灵敏器件的电极收集后，会造成器件逻辑状态非正常改变或器件损坏。空间辐射环境中的带电粒子会导致航天器电子系统中的半导体器件发生单粒子效应，严重影响航天器的可靠性和寿命。

在空间辐射环境下工作的半导体器件单粒子效应对航天器系统的可靠性有重要影响。由于硅基能带工程的材料和器件结构的优势，锗硅异质结双极晶体管天然具有卓越的低温特性，对电离辐射总剂量效应和位移损伤效应具有较强的抗辐射能力。随着器件特征尺寸的越来越小，新的工艺和结构的不断更新换代，锗硅异质结双极晶体管表现出很低的线性能量传输值(LET)阈值和较大的错误饱和界面，使得单粒子效应成为影响锗硅异质结双极晶体管空间辐射环境可靠性的关键因素。

目前锗硅异质结双极晶体管单粒子效应抗辐射加固技术主要通过改变器件制造工艺实现，称为工艺加固(RHBP)，如背结加固和SOI技术。这些加固技术往往需要改变工艺流程，生产试制成本高，设计加固周期长。另一类是不改变制造工艺，仅在器件的版图布局上进行改善，称为设计加固(RHBD)，这种加固方法立足现有工艺，可以充分利用工艺进步带来的许多优点，已经逐渐成为主流的半导体抗辐射加固技术。

锗硅异质结双极晶体管单粒子效应抗辐射加固技术急需一种基于仿真的通过改变器件版图布局实现抗辐射的加固方法，以缩短设计加固周期，降低昂贵的加固设计成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于仿真的锗硅异质结双极晶体管抗单粒子效应加固方法，该方法构建三维损伤模型，校准模型的关键电学参数，通过设计的抗辐射加固方法，延伸器件集电极-衬底结，引入伪集电极，利用SRIM软件模拟单个离子入射器件，获取线性能量传输值随器件深度的变化，编写线性能量传输值文件并嵌入器件模型，选取离子的不同入射位置，分别开展加固与未加固器件模型的单粒子效应仿真，将加固前器件模型作为参照，与加固后器件模型的单粒子响应进行对比，验证锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的抗辐射加固效果。该方法旨在降低锗硅异质结双极晶体管在单粒子效应响应中各电极瞬态电流和电荷收集总量，缩小单粒子效应的敏感区域，相比于现行的改变器件工艺的加固方法，具有节省时间、经费，便于改进加固设计的优势。

本发明所述的一种基于仿真的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应抗辐射加固方法，按下列步骤进行：

一种基于仿真的锗硅异质结双极晶体管抗单粒子效应抗辐射加固方法，其特征在于：按下列步骤进行：

a、构建锗硅异质结双极晶体管单粒子效应三维损伤器件模型；

b、将步骤a建立的锗硅异质结双极晶体管器件模型进行半导体特征数值计算，校准其关键电学参数；

c、将步骤b建立的锗硅异质结双极晶体管器件模型进行单粒子效应的抗辐射设计加固，延伸锗硅异质结双极晶体管集电极-衬底结的版图布局，N+埋层引入伪集电极并与集电极-衬底结互连；

d、将步骤c经过加固的锗硅异质结双极晶体管器件模型，利用SRIM软件模拟单个离子入射，获取线性能量传输值随器件深度的变化，编写线性能量传输值文件并嵌入锗硅异质结双极晶体管器件模型；

e、将步骤d得到的锗硅异质结双极晶体管器件模型选取离子的不同入射位置，分别开展加固与未加固锗硅异质结双极晶体管器件模型单粒子效应仿真，获取各电极电流和电荷收集随时间的变化；

f、将步骤e得到的加固与未加固锗硅异质结双极晶体管器件模型各电极电流和电荷收集随时间的变化进行对比，分析伪集电极对电荷收集机制的影响，验证锗硅异质结双极晶体管的单粒子效应抗辐射加固效果。