[发明专利]一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法

说明书

本发明公开了一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法。该方法采用PSG(磷硅玻璃)+SiO₂双层电极隔离介质和SiO₂+BPSG(硼磷硅玻璃)+SiO₂的多层钝化结构。本结构一方面大大降低了电极隔离介质层中的总缺陷数量；另一方面通过PSG和BPSG对正电荷的吸附性，阻止辐照环境下感生的正电荷在Si‑SiO₂界面积累，进而提高双极型器件的抗低剂量率辐照能力。本发明涉及的制造方法工艺步骤简单，与目前普遍应用的Si制造工艺兼容，可以用来制造具有抗低剂量率辐照能力的双极型器件。

技术领域

本发明涉及一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，该双极器件具有双层电极隔离介质和多层钝化结构，属于抗辐照半导体器件设计和制造领域。

背景技术

双极型器件具有电流驱动能力好、线性度高、噪声低、匹配特性好等优点，常用作开关和信号放大器，广泛应用于空间电子设备中。

运行在空间的双极型器件，会受到地球带电粒子、太阳宇宙射线等各种辐射，器件性能受到很大程度的损伤。辐射会在双极器件的Si-SiO₂界面引起正电荷的积累并引入界面态，使表面势位增加，引起表面复合大大增加，产生过剩基极电流，导致电流增益急剧下降。在空间辐射环境中双极器件的异常或失效，会导致空间电子设备的可靠性下降，甚至出现灾难性的事故。

在相同辐照总剂量下，相比于高剂量率辐照，低剂量率辐照对双极型器件的性能影响更大。这是因为在低剂量率辐照时，由于其辐射感生正电荷的产生速率远低于高剂量率辐照，其基区氧化层内产生的亚稳态或慢输运的浅氧化物陷阱电荷少，形成的空间电场也较弱。所以，在弱电场、长时间的辐照下，辐射感生的正电荷有足够的时间输运到Si-SiO₂界面，并与钝化键反应生成界面缺陷。因此，低剂量率辐照比高剂量率有更多的净正氧化物电荷和界面缺陷，从而增加了过剩基极电流，最终造成了低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)的产生。

正是由于低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)的存在，现在空间电子设备应用对双极型器件辐照指标明确规定了低剂量率的考核要求，一般要求在剂量率0.1rad(Si)/s～0.01rad(Si)/s的条件下进行辐照考核试验。

双极型器件的抗辐照能力与其设计、工艺加工方法密切相关。目前传统的双极型器件制造方法中，通常采用单层SiO₂作为电极隔离介质，采用SiO₂+Si₃N₄作为钝化层。传统方法虽然工艺步骤简单，流片周期短，但其不足之处是：(1)作为电极隔离介质层的SiO₂与器件的基区直接接触，是影响器件抗低剂量率辐照能力的关键部位。一般来说，为了满足隔离要求，防止器件表面漏电，作为电极隔离介质层的SiO₂需要具有一定的厚度，但是氧化层的淀积过程中，各种缺陷的产生原因复杂，难以监控，并且缺陷数量会随着氧化层厚度的增加而增加，这些缺陷会直接导致器件在辐照环境下失效；(2)Si₃N₄作为传统的钝化材料，具有工艺简单，对外界水汽和可动电荷的阻挡性好等优点。在制备时，由于Si₃N₄和Si存在应力不匹配的问题，通常会在淀积Si₃N₄前先淀积一层SiO₂。虽然Si₃N₄对外界水汽和可动电荷的阻挡力很强，但是Si₃N₄对辐照时氧化层中感生的可动电荷并不能起到固定作用，这就决定了传统Si₃N₄材料的钝化膜不具备抗辐照能力。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，大大降低了电极隔离介质层中的总缺陷数量，提高了双极型器件的抗低剂量率辐照能力。