一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件及该双极器件的制备方法
【专利摘要】一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件及该双极器件的制备方法，属于电子【技术领域】。本发明是为了解决现有的双极器件在空间辐射环境下会产生电离及位移效应，双极器件受辐射损伤后电性能指标下降的问题。本发明所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件通过多晶硅连接双极器件的金属层与发射区的方式进行连接，从而达到抑制双极器件在空间辐射环境产生电离及位移辐射损伤的目的；本发明所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，在保留了传统的双极器件制备工艺的同时，制备出了能够大幅度降低辐射损伤的双极器件。本发明适用于双极器件抗辐照加固技术应用中。
【专利说明】一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件及该双极器件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子【技术领域】，尤其涉及一种抗辐照双极器件。
【背景技术】
[0002]空间辐射环境会导致双极器件产生电离及位移效应。电离效应主要是对双极器件的SiO2钝化层造成损伤，并在Si02/Si界面生成界面态，从而影响双极器件的电性能参数。电离辐射效应在SiO2层中产生电子空穴对。产生的电子迁移率较大，大部分移出钝化层。在其移出之前，有一部分电子与空穴复合。空穴的迁移率较慢，除与电子复合的空穴外，剩余的被SiO2层的缺陷俘获，形成俘获正电荷，进而在界面处引入Si02/Si界面态。SiO2层中的俘获正电荷和Si02/Si界面处界面态会导致发射结的复合率增加，造成过剩基极电流Ib的增加，从而使晶体管电流增益的退化，致使双极器件辐射损伤。
[0003]电离辐射损伤复合率的增加主要有两方面的原因:
[0004](I)发射结耗尽层在基区表面(P型区)的扩展；
[0005](2)表面复合速率增加。
[0006]氧化物层中俘获正电荷，会影响表面特性，并且对于PN结来说，会导致其耗尽层区域向P区一侧扩展。对于NPN型器件，发射极一基极耗尽层向掺杂浓度较小的P型基区侧扩展；而对于PNP型器件，发射极一基极耗尽层向掺杂浓度较大的P型发射区侧扩展。这种扩展均会致使复合电流的增加，然而所涉及的机理较为复杂。在辐照过程中由于产生的俘获正电荷数量逐渐增多，致使耗尽层向P型区域不断扩展，导致晶体管发射区面积不断改变，结果导致双极器件的电性能指标下降。
【发明内容】
[0007]本发明是为了解决现有的双极器件在空间辐射环境下会产生电离及位移效应，双极器件受辐射损伤后电性能指标下降的问题，现提供一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件及该双极器件的制备方法。
[0008]一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件，该双极器件的金属层与发射区利用异质结特性材料增强电极结构连接。
[0009]上述异质结特性材料增强电极结构包括:多晶硅和金属硅化物，所述多晶硅的形状为半球型，金属硅化物覆盖在多晶硅上表面，所述多晶硅中含有掺杂原子。
[0010]一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，所述方法为:
[0011]首先，利用光刻技术在发射区上光刻出接触孔；并在该接触孔处形成硅层，在该硅层上沉积种子原子，形成多晶硅；
[0012]然后，利用低压化学气相沉积方法在多晶硅表面生成金属硅化物层，并利用光刻技术平整金属硅化物层的表面，构成异质结特性材料增强电极结构；
[0013]利用上述方法在上述异质结特性材料增强电极结构表面再制备两层异质结特性材料增强电极结构；
[0014]在最上层的异质结特性材料增强电极结构上生成金属层，将该金属层与发射极电极连接，构成双极器件；
[0015]最后，对上述双极器件进行退火，从而获得一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件。
[0016]本发明所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件克服了现有技术中，双极器件金属层与发射极电极直接连接的固有思路，而是在不影响双极器件电性能指标的前提下，通过异质结特性材料增强电极结构连接双极器件的金属层与发射区的方式进行连接，所述异质结特性材料增强电极结构能够使双极器件的发射效率不再由注入比决定，因此，能够采用重掺杂技术形成基区，进而抑制了氧化物俘获正电荷的影响，从而达到抑制双极器件在空间辐射环境产生电离及位移的目的，使双极器件抗辐照能力大提升3至5倍，保证了电性能指标；同时这种发射极电极连接方式除具有较高抗辐照性能指标外，还具有较闻的驱动电流。
[0017]本发明所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，在保留了传统的双极器件制备工艺的同时，制备出了能够大幅度降低电离辐射损伤的双极器件，制造工艺简单，步骤少、方便快捷，制备出的双极器件的失效阈值是现有双极器件的3至5倍，抑制了双极器件在空间辐射环境下会产生电离及位移效应。
[0018]本发明所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件及该双极器件的制备方法，在双极器件抗辐照加固技术应用中，有着明显的优势和广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是双极器件耗尽层扩展结构示意图；
[0020]图2是发射极采用金属/异质结特性材料增强电极结构/发射区的连接方式示意图；
[0021]图3是发射极基于多晶硅连接与常规电极连接时，双极晶体管电流增益变化量随吸收剂量的变化关系；图中曲线I表示常规发射极的电流增益变化量随吸收剂量的变化关系，曲线2表示多晶硅发射极的电流增益变化量随吸收剂量的变化关系。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一:参照图2具体说明本实施方式,本实施方式所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件，该双极器件的金属层与发射区利用异质结特性材料增强电极结构连接。
[0023]双极器件(尤其是NPN型双极晶体管)经辐照损伤后，氧化物俘获正电荷会导致发射结(N+P结)及基区表层的耗尽层向基区扩展(N型区)，增加耗尽层内的复合电流，导致双极器件的过剩基极电流Λ Ib(辐照后基极电流减去初始基极电流)增加，影响双极器件的可靠性及寿命。双极晶体管耗尽层扩展结构示意图，如图1所示。
[0024]本实施方式所述的双极器件，打破了双极器件金属层与发射极电极直接连接的常规方式，而采用了通过异质结特性材料增强电极结构连接双极器件的金属层与发射极的方式进行连接。所述异质结特性材料增强电极结构能够使双极器件的发射效率不再由注入比决定，进而抑制了氧化物俘获正电荷的影响，致使双极器件抗辐照能力的大幅度提升，这种发射极电极连接方式除具有较高抗辐照性能指标外，还具有较高的驱动电流。
[0025]【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件作进一步说明，本实施方式中，所述异质结特性材料增强电极结构包括:多晶硅和金属硅化物，所述多晶硅的形状为半球型，金属硅化物覆盖在多晶硅上表面，所述多晶娃中含有掺杂原子。
[0026]本实施方式中，在发射区上先形成导电性优良的金属化合物(如金属硅化物)，然后通过生成多晶硅晶粒将金属化合物与发射区连接，从而使得改进后的双极器件的薄膜电阻降低。
[0027]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】二所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件作进一步说明，本实施方式中，所述多晶硅中的掺杂原子与双极器件发射区中的掺杂原子类型相同。
[0028]本实施方式中，异质结特性材料增强电极结构中的掺杂原子与双极器件发射区中的掺杂原子类型相同。例如发射区中含有N型掺杂原子，则异质结特性材料增强电极结构中的掺杂原子也为N型掺杂原子，采用该工艺的原因是为了使发射区和异质结特性材料增强电极结构之间的产生良好的导电性。
[0029]【具体实施方式】四:参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，所述方法为:
[0030]首先，利用光刻技术在发射区上光刻出接触孔；并在该接触孔处形成硅层，在该硅层上沉积种子原子，形成多晶硅2 ；
[0031]然后，利用低压化学气相沉积方法在多晶硅2表面生成金属硅化物层1，并利用光刻技术平整金属硅化物层I的表面，构成异质结特性材料增强电极结构；
[0032]利用上述方法在上述异质结特性材料增强电极结构表面再制备两层异质结特性材料增强电极结构；
[0033]在最上层的异质结特性材料增强电极结构上生成金属层3，将该金属层3与发射极电极连接，构成双极器件；
[0034]最后，对上述双极器件进行退火，从而获得一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件。
[0035]利用Co60辐照源对本实施方式中获得的双极器件和现有双极器件进行辐照对比试验，实验中Co60辐照源的剂量率为0.lrad/s，总剂量为lOOkrad，以电流增益变化量为-60作为失效判据，获得如图3所示的结果，从图中可以看出，与传统结构工艺相比，本实施方式所制备的具有异质结特性材料增强电极结构的双极器件的失效阈值是现有双极器件的4.4倍。综合同一批次的具有异质结特性材料增强电极结构的双极器件的辐照试验测试结果进行对比，本实施方式所制备的双极器件的失效阈值提升了 3至5倍。
[0036]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】四所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法作进一步说明，本实施方式中，所述退火的温度在4000CM 1100°C之间，退火时间在0.5min至20min之间。
[0037]【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】四所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法作进一步说明，本实施方式中，所述异质结特性材料增强电极结构包括:多晶硅2和金属硅化物，所述多晶硅2的形状为半球型，金属硅化物覆盖在多晶娃2上表面,所述多晶娃2中含有掺杂原子。
[0038]【具体实施方式】七:本实施方式是对【具体实施方式】六所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法作进一步说明，本实施方式中，所述多晶硅2中的掺杂原子与双极器件发射区中的掺杂原子类型相同。
【权利要求】
1.一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件，其特征在于，该双极器件的金属层与发射区利用异质结特性材料增强电极结构连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件，其特征在于，所述异质结特性材料增强电极结构包括:多晶硅和金属硅化物，所述多晶硅的形状为半球型，金属硅化物覆盖在多晶硅上表面，所述多晶硅中含有掺杂原子。
3.根据权利要求2所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件，其特征在于，所述多晶硅中的掺杂原子与双极器件发射区中的掺杂原子类型相同。
4.一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，其特征在于，所述方法为: 首先，利用光刻技术在发射区上光刻出接触孔；并在该接触孔处形成硅层，在该硅层上沉积种子原子，形成多晶硅(2)； 然后，利用低压化学气相沉积方法在多晶硅(2)表面生成金属硅化物层(1)，并利用光刻技术平整金属硅化物层(I)的表面，构成异质结特性材料增强电极结构； 利用上述方法在上述异质结特性材料增强电极结构表面再制备两层异质结特性材料增强电极结构； 在最上层的异质结特性材料增强电极结构上生成金属层(3)，将该金属层(3)与发射极电极连接，构成双极器件； 最后，对上述双极器件进行退火，从而获得一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件。
5.根据权利要求4所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，其特征在于，所述退火的温度在400°C至1100°C之间，退火时间在0.5min至20min之间。
6.根据权利要求4所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，其特征在于，所述异质结特性材料增强电极结构包括:多晶硅(2)和金属硅化物，所述多晶硅(2)的形状为半球型，金属硅化物覆盖在多晶硅(2)上表面，所述多晶硅(2)中含有惨杂原子。
7.根据权利要求6所述的一种基于发射极电极接触方式的抗辐照双极器件的制备方法，其特征在于，所述多晶硅(2)中的掺杂原子与双极器件发射区中的掺杂原子类型相同。
【文档编号】H01L29/73GK103887330SQ201410136051
【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, 王敬贤, 刘超铭, 刘文宝, 杨剑群, 季轩, 田智文, 何世禹 申请人:哈尔滨工业大学, 中国航天标准化研究所