[发明专利]一种纳秒级抗辐照NPN型双极晶体管制造方法

说明书

本发明公开了一种纳秒级高速开关双极晶体管制造方法，属于半导体分立器件设计和制造领域。本发明采用后扩金工艺，避免了传统扩金工艺在扩金后再进行发射区推结，抑制了传统工艺带来的金固溶度的降低和金原子的沉淀，提高了器件的开关速度和可靠性，此外，扩金在硅中引入的复合中心，可以缩短少子寿命，减小基极复合电流，从而提高了器件抗ELDRS效应的能力。基区和发射区表面的电极隔离介质层采用热氧化工艺制造，减少辐照时氧化层中感生的正电荷，提高了器件抗ELDRS效应的能力。芯片钝化膜采用SiO2+BPSG+Si3N4的多层钝化结构，可提高器件耐湿和抗环境污染的能力。

技术领域

本发明涉及一种纳秒级抗辐照高速开关双极器件制造方法，属于半导体分立器件设计和制造领域。

背景技术

双极型晶体管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。

在开关性能方面：为了提高器件的开关速度，通常使用掺金工艺。为了达到纳秒级的开关速度，扩金温度需要在975℃～1050℃，而发射区推结时的温度在900℃～950℃，发射区推结温度远低于扩金温度，。因此为了防止扩金时的高温影响到晶体管的放大倍数，常规的掺金工艺是安排在发射区推结之前，与基区推结一起完成。这种常规工艺虽然易于操作，但其不足之处在于：

(1)、硅片最后一次高温处理(发射区推结)的温度仅为900℃～950℃，低于扩金温度，会导致金的固溶度大大变低，造成集电区符合中心浓度剧烈下降，从而限制了晶体管开关速度的提高；

(2)、通常为了保证放大倍数在一定区间内，发射区推结会分多次进行。这样会导致金扩散后，硅片又经过了多次热循环，大量金原子有可能在硅片缺陷处产生沉淀，使硅片内“管道”密度造成数量级的增长，漏电流增加，严重影响器件的可靠性和成品率的提高。

在抗辐照性能方面：我们知道，双极型器件具有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0.01rad(Si)/s的条件下进行辐照考核试验。目前传统的双极型晶体管制造方法中，通常采用低温淀积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，但其不足之处在于：

(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，电极隔离介质层生长时基区推结和金扩散已经完成。为了防止高温氧化消耗结深和造成金的再分布，通常采用LPCVD低温生长SiO2作为电极隔离介质。但是LPCVD生长的SiO2相比于热氧化质量差、质地疏松，容易产生各种缺陷，这些缺陷会直接导致器件在辐照环境下失效；