抗辐照器件及制备方法与流程

本发明涉及电子器件技术。

背景技术：

空间带电辐射粒子主要包括重离子、电子、质子及x射线等。这些带电粒子与晶体管器件发生相互作用，产生电离辐射效应、单粒子效应和位移辐射效应等。对于采用sio2作为绝缘材料和钝化层的晶体管器件，在不同类型辐射粒子的作用下，会在氧化物层中产生大量电子—空穴对，因在氧化物中电子的迁移率远高于空穴。在电场的作用下，电子以很快的速度向电极终端漂移，而迁移率较低的正电荷被氧化物陷阱所捕获，形成正氧化物电荷。另外，空穴在二氧化硅层迁移过程中，会与含氢缺陷发生反应，释放氢离子。氢离子会逐渐输运到si/sio2界面，与si-h键发生反应，h⁺+si-h→si悬挂键+h2↑，进而造成界面态缺陷。氧化物俘获正电荷和界面态均会改变载流子的复合速率，对于双极型晶体管，氧化物俘获正电荷和界面态会增加双极晶体管基区的空间电荷区复合速率，导致基极电流增加，双极晶体管电流增益降低；而对于nmos场效应晶体管，电离辐射导致的氧化物俘获正电荷和界面态会使其开启电压降低,使晶体管器件的性能发生退化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种抗辐照器件及制备方法，能够在空间辐照下保持良好的器件性能。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，抗辐照器件，包括辐照敏感氧化层及硅衬底，其特征在于，所述硅衬底和辐照敏感氧化层之间设置有超薄氧化层和正电荷抑制层，且按照硅衬底、超薄氧化层、正电荷抑制层、辐照敏感氧化层的顺序重叠设置。

所述正电荷抑制层材料为al2o3，厚度为超薄氧化层材料为sio2，厚度为2～20nm。氧化层材料为sio2，厚度为15～50nm。

本发明还提供一种抗辐照器件的制备方法，包括辐照敏感氧化层部分的制备工艺，其特征在于，所述辐照敏感氧化层部分的制备工艺包括下述步骤：

1)清洗衬底硅片，并在硅衬底上生长超薄氧化层，所述超薄氧化层材料为sio2，厚度为2～20nm；

2)在超薄氧化层上生长正电荷抑制层，所述正电荷抑制层材料为al2o3，厚度为

3)在正电荷抑制层上生长氧化层，所述氧化层材料为sio2，厚度为15～50nm；

4)在纯ar气氛中快速退火，使al形成受主态。

进一步的，所述步骤4)为：在纯ar气氛中900摄氏度快速退火30s，使al形成受主态，然后在纯h2气氛中400摄氏度退火1小时，形成h钝化层。

本发明的有益效果是，通过削弱二氧化硅与硅界面处捕获的正电荷的电场，从而降低二氧化硅的表面态dit，达到抗电离辐照的效果。

附图说明

图1是本发明的抗辐射原理示意图。其中，(a)为铝(al)键未被电子占据的受主态示意图；(b)为铝(al)键被电子占据的受主态示意图，其中圆形阴影为al受主电场示意图。

图2是本发明的制备流程中的生长超薄氧化层的示意图。

图3是本发明的制备流程中的生长正电荷抑制层的示意图。

图4是本发明的制备流程中的生长氧化层的示意图。

具体实施方式

附图中示出了根据本发明实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

图1(a)-1(b)示出了根据本发明的一种抗辐射加固的氧化层结构原理示意图，其中，(a)为铝(al)键未被电子占据的受主态示意图；(b)为铝(al)键被电子占据的受主态示意图，其中圆形阴影为al受主电场。具体地为，位于非常薄的sio2表面的单层al-o键会引入受主态(al-inducedacceptorstates)，捕获电子，从而在界面处产生负的固定电荷，al-o键倾向于作为受主接受电子，在二氧化硅表面的al键接受电子后产生电场，削弱二氧化硅与硅界面处捕获的正电荷的电场，从而降低二氧化硅的表面态dit，达到了抗电离辐照的效果。

图2～4以截面图的形式示出了本发明的辐照敏感氧化层部分的制备工艺，包括下述步骤：

(1)参见图2，采用rca清洗硅片101后，在hf清洗液中快速漂洗一下，去离子水冲洗，甩干，快速热氧化方法生长超薄氧化层102，材料为sio2(厚度2～20nm)；

(2)参见图3，在超薄氧化层上生长正电荷抑制层103，材料为al2o3，具体地，可以采用ald的方法生长(1～10周期)的al2o3(厚度)，或采用溅射的方法溅射一层al(厚度)自然氧化；

(3)参见图4，在正电荷抑制层103上生长氧化层104，材料为sio2，具体地采用pecvd方法生长sio2(厚度15～50nm)。然后在纯ar气氛中900摄氏度快速退火30s，使al形成受主态。在纯h2气氛中400摄氏度退火1小时，形成h钝化层。最终形成的结构为抗辐照氧化层结构115。

技术特征：

1.抗辐照器件，包括辐照敏感氧化层及硅衬底，其特征在于，所述硅衬底和辐照敏感氧化层之间设置有超薄氧化层和正电荷抑制层，且按照硅衬底、超薄氧化层、正电荷抑制层、辐照敏感氧化层的顺序重叠设置。

2.如权利要求1所述的抗辐照器件，其特征在于，所述正电荷抑制层材料为al2o3，厚度为超薄氧化层材料为sio2，厚度为2～20nm。

3.如权利要求1所述的抗辐照器件，其特征在于，氧化层材料为sio2，厚度为15～50nm。

4.抗辐照器件的制备方法，包括辐照敏感氧化层部分的制备工艺，其特征在于，所述辐照敏感氧化层部分的制备工艺包括下述步骤：

1)清洗衬底硅片，并在硅衬底上生长超薄氧化层，所述超薄氧化层材料为sio2，厚度为2～20nm；

2)在超薄氧化层上生长正电荷抑制层，所述正电荷抑制层材料为al2o3，厚度为

3)在正电荷抑制层上生长氧化层，所述氧化层材料为sio2，厚度为15～50nm；

4)在纯ar气氛中快速退火，使al形成受主态。

5.如权利要求4所述的抗辐照器件的制备方法，其特征在于，所述步骤4)为：在纯ar气氛中900℃快速退火30s，使al形成受主态，然后在纯h2气氛中400摄氏度退火1小时，形成h钝化层。

技术总结
抗辐照器件及制备方法，涉及电子器件技术。本发明的抗辐照器件包括辐照敏感氧化层及硅衬底，其特征在于，所述硅衬底和辐照敏感氧化层之间设置有超薄氧化层和正电荷抑制层，且按照硅衬底、超薄氧化层、正电荷抑制层、辐照敏感氧化层的顺序重叠设置。本发明通过削弱二氧化硅与硅界面处捕获的正电荷的电场，从而降低二氧化硅的表面态Dit，达到抗电离辐照的效果。

技术研发人员：翟亚红;李珍
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2019.09.06
技术公布日：2019.12.24