[发明专利]辐射增强的双极晶体管

说明书

背景技术

对于系统和电路被暴露于辐射中的各种应用来说，需要辐射硬化的电子电路。示例应用包括卫星和其他航天器、飞行器、医疗设备(诸如X射线器件)以及核电站。在此类应用中，辐射可能减小双极晶体管的增益。电子电路的辐射硬化借助于“总电离剂量”或“总辐射剂量”(TID)来量化，TID是对施加于电路或系统的质子或重离子的数量的度量。电离辐射引起二氧化硅(SiO₂)中的电子-空穴对。质子(重离子)在氧化物中被释放并且质子或空穴在存在偏置场时被朝向硅-氧界面传输，导致在界面处形成界面陷阱。在高剂量率下，存在电子-空穴对的高产量(电荷产量)。正电压将空穴推向界面同时将电子冲走。空穴在界面处的积累形成正电荷壁垒并且排斥生成的质子。这保持质子远离界面并且减缓界面状态的形成，同时促进在氧化物中的重组。低剂量率对应于减少的电子-空穴对生成。在这种情况下，以与高剂量率相同的方式，正电压将空穴推向界面，同时将电子冲走，但是俘获的空穴积累非常低。被俘获空穴的排斥力足够低以允许生成的质子移动到界面处形成界面状态。界面陷阱可以通过降低增益β或Hfe不利地影响双极晶体管的操作。此外，某些电路(诸如双极晶体管)遭受增强的低剂量率辐射(ELDRS)效应。具体而言，在高辐射剂量率下的晶体管增益下降效应可以比在更适度的辐射水平下更低。总剂量辐射引起SiO₂中的电荷产量，并且允许在低剂量率条件下生成界面陷阱。其还在覆盖基极发射极连接点的氧化物中产生空穴陷阱，导致额外的基极发射极泄漏。两种效应均有助于晶体管增益的下降，并且因此对于相同的集电极电流需要更多的基极电流。

此外，晶体管增益上的效果可以随着制造加工中使用的氢量而增加。例如，集成电路(IC)制造中的上部金属化层的氮化物钝化使用氨气NH₃，+硅烷SiH₄，其中11个氢原子被释放以形成Si₃NH₄的单分子。可以使用原硅酸四乙酯(TEOS)来代替钝化上部金属化层，因为TEOS材料不使用氨气并且在SiO₂的形成中不生成氢。然而，TEOS钝化不如氮化物钝化好。因此，期望改善的集成电路和双极晶体管被用于涉及辐射暴露的应用中，而不需要低氢制造技术。

发明内容

所公开的示例包括集成电路和纵向或横向的双极晶体管，所述双极晶体管具有衬底中的第一导电类型的第一区、设置在衬底中的第二导电类型的集电极区以及延伸到第一区中的第一导电类型的基极区。第二导电类型的第一发射极区延伸到第一区中，并且该第一发射极区包括与基极区隔开且面向基极区的侧面。第二导电类型的第二发射极区向下延伸到第一区中，并且紧邻第一发射极区的顶表面以及第一侧面的上部。第二发射极区比第一发射极区被更轻地掺杂，以便在靠近发射极-基极结区域的最敏感区中减轻由来自辐射的氢注射导致的表面效应和增益衰减。

进一步公开的示例包括制造双极晶体管的方法，该方法包括将第一导电类型的掺杂剂注入到半导体衬底中以形成从衬底的顶表面向下延伸的第一区，注入第一导电类型的掺杂剂以形成从顶表面向下延伸到第一区中并紧邻顶表面的基极区，以及注入第二导电类型的掺杂剂以形成第一发射极区，该第一发射极区包括与基极区隔开且面向基极区的第一侧面。该方法进一步包括注入第二导电类型的掺杂剂以形成向下延伸到第一区中的第二发射极区，该第二发射极区紧邻顶表面并且紧邻第一发射极区的第一侧面的上部，该第二发射极区具有小于第三掺杂浓度的第四掺杂浓度。

附图说明

图1是具有辐射硬化的横向NPN双极晶体管的集成电路的部分截面侧视图，其中该双极晶体管具有第一基极区和第二基极区、第一发射极区和第二发射极区以及顶侧集电极。

图2是说明包括形成第一发射极区和第二发射极区的制造双极晶体管的方法的流程图。

图3-图8是根据图2的方法经受制造加工的辐射硬化的NPN双极晶体管的部分截面侧视图。

图9是说明用于形成双极晶体管的第一发射极区和第二发射极区的可替代步骤的流程图。

图10-图13是根据图9的方法经受制造加工以形成第一发射极区和第二发射极区的辐射硬化的NPN双极晶体管的部分截面侧视图。

图14是说明形成双极晶体管的第一发射极区和第二发射极区的另一种可替代方案的流程图。

图15-图18是根据图14的方法经受制造加工以形成第一发射极区和第二发射极区的辐射硬化的NPN双极晶体管的部分截面侧视图。