一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法
【专利摘要】一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，属于电子【技术领域】。本发明目的是针对目前的双极型器件表面的氧化物俘获正电荷和界面态使得双极型器件的抗辐照能力减弱的问题。本发明所述基于钝化层离子注入方式的双极型器件抗电离辐照加固方法，首先通过对离子种类为F、Cl、Br、I和As离子采用SRIM和TCAD软件进行模拟仿真，仿真获得离子能量、射程与注量，再进行离子注入。入射离子选用F、Cl、Br、I和As元素形成电离辐射缺陷的俘获陷阱，可降低电离辐射缺陷的密度。通过钝化层离子注入方式，减小氧化物俘获正电荷和界面态对器件性能的影响，提高双极型器件的抗辐照能力，用于航天器用电子器件的抗辐照加固。
【专利说明】一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抗电离辐照双极型器件的抗电离辐照加固方法，属于电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]处于空间辐射环境中的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，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。
[0003]因此，提高双极型器件的抗辐照能力，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。
[0004]钝化是提高器件可靠性的必要条件，也是硅基器件工艺中的需要重点关心的内容，在以双极工艺为主的集成电路中，钝化层的重要性就更加突出，硅器件的钝化层，自有平面器件以来，已经有了广泛而系统的研究，不管在理论认识上还是在实际技术上，目前都达到了相当高的水平。
[0005]然而，空间电离效应会在硅器件的SiO2层产生氧化物俘获正电荷，并在Si02/Si界面处形成界面态。电离效应本质上是反应辐照条件下，氧化物俘获正电荷和界面态的形成与退火状态。辐照产生的电子和空穴会主要被氧化物中缺陷所俘获，形成氧化物俘获电荷，且在此过程中SiO2层会释放H+。
[0006]实验及理论计算表明，在室温以上温度时，电离损伤产生的空穴不会诱导界面态的形成。空穴在SiO2层输运过程中所释放的H+，会在Si02/Si界面形成界面态。
[0007]这些双极型器件表面的氧化物俘获正电荷和界面态会使得器件表面的抗辐照能力减弱，从而减少电子器件的使用寿命，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。
【发明内容】
[0008]针对目前的双极型器件表面的氧化物俘获正电荷和界面态使得器件表面的抗辐照能力减弱的问题，提供了一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法。
[0009]本发明所述一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，该双极型器件抗电离辐照加固方法为:
[0010]步骤一、根据双极型器件的钝化层的材料类型、密度和厚度，采用SRIM软件计算出针对该双极型器件的钝化层所要注入的F、Cl、Br、I和As离子的能量和射程信息；
[0011]步骤二、根据步骤一获得的F、Cl、Br、I和As离子的能量和射程信息，采用TCAD软件模拟获得双极型器件的电流增益变化和双极型器件的钝化层内部缺陷信息；
[0012]步骤三、根据步骤二获得的双极型器件的电流增益变化和双极型器件的钝化层内部缺陷信息，确定双极型器件的最优的入射F、Cl、Br、I和As离子能量和注量；
[0013]步骤四、根据步骤三确定的双极型器件的最优的入射的F、Cl、Br、I和As离子能量和注量对离子注入机的参数进行设置；所述离子注入机的参数包括:离子注入机的电压、电流和注入时间；
[0014]步骤五、采用离子注入机对双极型器件进行F、Cl、Br、I和As离子注入，完成基于钝化层离子注入方式的双极型器件抗电离辐照加固。
[0015]在步骤五之后，将步骤五抗电离辐照加固后的双极型器件进行退火温度为400-1100°C，退火时间为0.5-60分钟的退火工艺处理。
[0016]步骤三中所述最优的入射F、Cl、Br、I和As离子能量和注量是指，按照控制双极型器件离子注入后的性能变化量小于原始参数的10%的原则，来确定双极型器件的最优的入射F、Cl、Br、I和As离子能量和注量。
[0017]步骤四中所述的计算离子注入机的电压、电流和离子注入时间的方法为:
[0018]采用公式:
【权利要求】
1.一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，其特征在于，该双极型器件的抗电离辐照加固方法为: 步骤一、根据双极型器件的钝化层的材料类型、密度和厚度，采用SRIM软件计算出针对该双极型器件的钝化层所要注入的F、Cl、Br、I和As离子的能量和射程信息； 步骤二、根据步骤一获得的F、Cl、Br、I和As离子的能量和射程信息，采用TCAD软件模拟获得双极型器件的电流增益变化和双极型器件的钝化层内部缺陷信息； 步骤三、根据步骤二获得的双极型器件的电流增益变化和双极型器件的钝化层内部缺陷信息，确定双极型器件的最优的入射F、Cl、Br、I和As离子能量和注量； 步骤四、根据步骤三确定的双极型器件的最优的入射的F、Cl、Br、I和As离子能量和注量对离子注入机的参数进行设置；所述离子注入机的参数包括:离子注入机的电压、电流和注入时间； 步骤五、采用离子注入机对双极型器件进行F、Cl、Br、I和As离子注入，完成基于钝化层离子注入方式的双极型器件抗电离辐照加固。
2.根据权利要求1所述一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，其特征在于，在步骤五之后，将步骤五抗电离辐照加固后的双极型器件进行退火温度为400-1100°C，退火时间为0.5-60分钟的退火工艺处理。
3.根据权利要求1所述一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，其特征在于，步骤三中所述最优的入射F、Cl、Br、I和As离子能量和注量是指，按照控制双极型器件离子注 入后的性能变化量小于原始参数的10%的原则，来确定双极型器件的最优的入射F、Cl、Br、I和As离子能量和注量。
4.根据权利要求1所述一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，其特征在于，步骤四中所述的计算离子注入机的电压、电流和离子注入时间的方法为: 采用公式:
5.根据权利要求1或4所述一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，其特征在于，步骤四中所述的计算离子注入机的电压、电流和离子注入时间的方法，计算的离子注入机的电压、电流和离子注入时间分别为: 对于F离子，所对应的离子注入机参数，电压为15kV-50kV，电流为0.16nA，注入时间为IOO-1OOOs ；对于Cl离子，所对应的离子注入机参数，电压为20kV-40kV，电流为0.16nA，注入时间为 IOO-1OOOs ； 对于Br离子，所对应的离子注入机参数，电压为10kV-20kV，电流为0.16nA，注入时间为 IOO-1OOOs ； 对于I离子，所对应的离子注入机参数，电压为20kV-40kV，电流为0.16nA，注入时间为IOO-1OOOs ； 对于As离子，所对应的离子注入机参数，电压为20kV-50kV，电流为0.16nA，注入时间为 lOO-lOOOs。
6.根据权利要求1所述一种基于钝化层离子注入方式的双极型器件的抗电离辐照加固方法，其特征在于，步骤一中所述的采用SRIM软件计算出针对该双极型器件的钝化层所要注入的F、Cl、Br、I和As离子的能量和射程信息分别为: 对于F离子，能量范围为20-80keV，射程为100nm-700nm ； 对于Cl离子，能量范围为40-100keV，射程为120nm_750nm ； 对于Br离子，能量范围为50-100keV，射程为150nm_650nm ； 对于Br离子，能量范围为50-100keV，射程为150nm_650nm ； 对于I离子，能量范围为80-160keV，射程为130nm_750nm ； 对于As离子，能量范围为 80-200keV，射程为100nm-650nm。
【文档编号】H01L21/331GK103887154SQ201410135913
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】李兴冀, 刘超铭, 杨剑群, 肖景东, 何世禹 申请人:哈尔滨工业大学