CN106653601B - 一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法 - Google Patents
一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106653601B CN106653601B CN201611020629.8A CN201611020629A CN106653601B CN 106653601 B CN106653601 B CN 106653601B CN 201611020629 A CN201611020629 A CN 201611020629A CN 106653601 B CN106653601 B CN 106653601B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sio
- thickness
- bipolar device
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 41
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 42
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 24
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 20
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 20
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 14
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229910018594 Si-Cu Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910008465 Si—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 9
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- WCCJDBZJUYKDBF-UHFFFAOYSA-N copper silicon Chemical compound [Si].[Cu] WCCJDBZJUYKDBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 13
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 abstract description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 6
- 229910008065 Si-SiO Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910006405 Si—SiO Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 88
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 9
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910008062 Si-SiO2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910006403 Si—SiO2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N Butyl carbitol 6-propylpiperonyl ether Chemical compound C1=C(CCC)C(COCCOCCOCCCC)=CC2=C1OCO2 FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003471 anti-radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/408—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor with an insulating layer with a particular dielectric or electrostatic property, e.g. with static charges or for controlling trapped charges or moving ions, or with a plate acting on the insulator potential or the insulator charges, e.g. for controlling charges effect or potential distribution in the insulating layer, or with a semi-insulating layer contacting directly the semiconductor surface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42304—Base electrodes for bipolar transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
本发明公开了一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法。该方法采用PSG(磷硅玻璃)+SiO2双层电极隔离介质和SiO2+BPSG(硼磷硅玻璃)+SiO2的多层钝化结构。本结构一方面大大降低了电极隔离介质层中的总缺陷数量；另一方面通过PSG和BPSG对正电荷的吸附性，阻止辐照环境下感生的正电荷在Si‑SiO2界面积累，进而提高双极型器件的抗低剂量率辐照能力。本发明涉及的制造方法工艺步骤简单，与目前普遍应用的Si制造工艺兼容，可以用来制造具有抗低剂量率辐照能力的双极型器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，该双极器件具有双层电极隔离介质和多层钝化结构，属于抗辐照半导体器件设计和制造领域。
背景技术
双极型器件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。
运行在空间的双极型器件，会受到地球带电粒子、太阳宇宙射线等各种辐射，器件性能受到很大程度的损伤。辐射会在双极器件的Si-SiO2界面引起正电荷的积累并引入界面态，使表面势位增加，引起表面复合大大增加，产生过剩基极电流，导致电流增益急剧下降。在空间辐射环境中双极器件的异常或失效，会导致空间电子设备的可靠性下降，甚至出现灾难性的事故。
在相同辐照总剂量下，相比于高剂量率辐照，低剂量率辐照对双极型器件的性能影响更大。这是因为在低剂量率辐照时，由于其辐射感生正电荷的产生速率远低于高剂量率辐照，其基区氧化层内产生的亚稳态或慢输运的浅氧化物陷阱电荷少，形成的空间电场也较弱。所以，在弱电场、长时间的辐照下，辐射感生的正电荷有足够的时间输运到Si-SiO2界面，并与钝化键反应生成界面缺陷。因此，低剂量率辐照比高剂量率有更多的净正氧化物电荷和界面缺陷，从而增加了过剩基极电流，最终造成了低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)的产生。
正是由于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0.1rad(Si)/s～0.01rad(Si)/s的条件下进行辐照考核试验。
双极型器件的抗辐照能力与其设计、工艺加工方法密切相关。目前传统的双极型器件制造方法中，通常采用单层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，但其不足之处是：(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，为了满足隔离要求，防止器件表面漏电，作为电极隔离介质层的SiO2需要具有一定的厚度，但是氧化层的淀积过程中，各种缺陷的产生原因复杂，难以监控，并且缺陷数量会随着氧化层厚度的增加而增加，这些缺陷会直接导致器件在辐照环境下失效；(2)Si3N4作为传统的钝化材料，具有工艺简单，对外界水汽和可动电荷的阻挡性好等优点。在制备时，由于Si3N4和Si存在应力不匹配的问题，通常会在淀积Si3N4前先淀积一层SiO2。虽然Si3N4对外界水汽和可动电荷的阻挡力很强，但是Si3N4对辐照时氧化层中感生的可动电荷并不能起到固定作用，这就决定了传统Si3N4材料的钝化膜不具备抗辐照能力。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，大大降低了电极隔离介质层中的总缺陷数量，提高了双极型器件的抗低剂量率辐照能力。
本发明的技术解决方案是：一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，包括以下步骤：
(1)以N型<111>外延片为基底材料，在所述N型<111>外延片的抛光面淀积氧化层，在淀积完氧化层的抛光面进行三极管基区光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出基区注入窗口，通过该窗口为基区注入硼，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进，在N型<111>外延片的抛光面形成三极管基区；
(2)在三极管基区进行浓硼图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出浓硼注入窗口，通过该窗口进行基区接触浓硼注入，然后进行快速退火，形成基区接触区；
(3)在三极管基区进行发射区图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出磷注入窗口，通过该窗口进行发射区磷注入，然后进行磷扩散，形成发射区；
(4)对经过步骤(3)处理后的N型<111>外延片抛光面依次淀积SiO2和PSG，然后进行致密，使N型<111>外延片抛光面覆盖一层致密的双层结构电极隔离介质层；
(5)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上形成基区和发射区金属电极；
(6)在金属电极以及双层结构电极隔离介质层表面依次淀积SiO2、BPSG和SiO2，形成多层结构钝化膜，然后在对应于基区和发射区金属电极的钝化膜上进行光刻、刻蚀，露出基区和发射区键合区域；
(7)将N型<111>外延片的非抛光面进行减薄；
(8)在减薄后的非抛光面淀积金属，形成集电区金属电极，从而完成了具有双层电极隔离介质和多层钝化结构的抗辐照双极器件的制造。
所述步骤(1)中N型<111>外延片的衬底厚度为450μm—525μm，外延厚度为8μm—80μm，掺杂浓度为1e14cm-3—6e15cm-3。
所述步骤(1)中淀积氧化层厚度为为基区注入的硼剂量为5e13cm-2—5e14cm-2，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进的温度为900℃—1200℃，时间为50min—200min。
所述步骤(2)中浓硼的注入剂量为1e15cm-2—8e15cm-2，快速退火的温度为900℃—1100℃，时间为10s—30s。
所述步骤(3)中磷的注入剂量为1e16cm-2—2e16cm-2，磷扩散的温度为900℃—1100℃，时间为30min—100min。
所述步骤(4)中淀积的SiO2厚度为PSG厚度为 淀积完成后，进行致密的温度为800℃—900℃，时间为30min—60min。
所述步骤(5)中形成基区和发射区金属电极的方法如下：
(7.1)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上进行电极接触孔光刻、腐蚀，形成欧姆接触窗口；
(7.2)通过蒸发的方式在欧姆接触窗口以及双层结构电极隔离介质层表面淀积一层铝硅铜合金，铝硅铜合金厚度为1.0μm—5.0μm；
(7.3)在铝硅铜合金层表面进行电极图形光刻、电极腐蚀，形成基区和发射区金属电极。
所述步骤(6)中，淀积的第一层SiO2厚度为BPSG厚度为最后淀积的一层SiO2厚度为且BPSG中质量比P：B＝5：3。
所述步骤(7)中减薄之后N型<111>外延片的总厚度为250μm—300μm。
所述步骤(8)中淀积的金属依次为钛、金，其中钛厚度为金厚度为
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明抗辐照双极型器件制造方法中，电极隔离介质采用PSG(磷硅玻璃)+SiO2双层结构，即先淀积一层较薄的SiO2，再淀积一层较厚的PSG。SiO2与下层Si基结构兼容性好，而且由于较薄，可以大大减少氧化层中的总缺陷数，进而减少辐照时氧化层中感生的正电荷。在SiO2上再淀积一层PSG，一方面可以保证电极隔离介质的总厚度，保证器件不会出现表面穿通；另一方面PSG对正电荷离子有较强的捕集和阻挡作用，可以阻止辐照环境下正电荷在基区表面积累引起器件性能下降；此外PSG应力小，针孔密度低，与金属层的兼容性好，是良好的绝缘层，保证了器件的高可靠性。
(2)本发明抗辐照双极型器件制造方法中，钝化层采用SiO2+BPSG(硼磷硅玻璃)+SiO2的多层结构。传统Si3N4钝化膜虽然对外界环境中正电荷离子有很强的阻挡作用，但是对器件内部的正电荷却几乎没有固定作用。而BPSG钝化膜却可以吸收和固定器件氧化层中的正电荷，而且BPSG对正电荷离子的吸附作用比PSG还要强30～150倍。采用BPSG钝化膜，正电荷离子被吸收和固定，氧化层中的正电荷数量大大减少，使三极管基区表面复合电流减少，有效提高了器件的抗辐照性能。
(3)在钝化膜生长过程中，BPSG膜下层需要淀积一层SiO2膜，满足与金属电极的粘附性和应力匹配；BPSG膜上层需要覆盖一层SiO2膜，克服了BPSG的吸潮性，能够有效阻挡环境中湿气和杂质离子，提高了器件的可靠性。
(4)本发明涉及的制造方法工艺步骤简单，与目前普遍应用的Si制造工艺兼容度高，可推广应用到抗总剂量最高达300Krad(Si)，最低剂量率0.01rad(Si)/s的抗辐照双极型器件的制造中。
附图说明
图1为本发明抗低剂量率辐照双极型器件制造方法流程图；
图2为本发明抗辐照双极型器件外延材料示意图；
图3为本发明制造过程中完成基区结构后的剖面图；
图4为本发明制造过程中完成基区接触区后的剖面图；
图5为本发明制造过程中完成发射区后的剖面图；
图6为本发明制造过程中完成双层电极隔离介质后的剖面图；
图7为本发明制造过程中完成基极和发射极金属电极后的剖面图；
图8为本发明制造过程中完成多层钝化后的剖面图；
图9为本发明制造完成后的双极器件剖面图；
图10为本发明制造的双极型器件和传统工艺双极型器件在低剂量率辐照前后器件电流增益变化对比曲线。
图中：1为N型<111>外延片，2为氧化层，3为P型基区，4为基区接触区，5为N型发射区，6为电极隔离介质层，7为基区金属电极，8为发射区金属电极，9为多层结构钝化膜，10为基区键合区，11为发射区键合区，12为集电区金属电极。
具体实施方式
空间总剂量辐射会在双极器件的Si-SiO2界面引起正电荷的积累并引入界面态，使表面势位增加，引起表面复合大大增加，产生过剩基极电流，导致电流增益急剧下降，在低剂量率辐照下还有辐照损伤增强效应，导致双极型器件电性能指标下降。因此，本发明提出一种具有双层电极隔离介质和多层钝化结构的抗低剂量率辐照的双极器件制造方法。该方法主要从两个方面出发增加双极型器件的抗辐照能力：一方面减少氧化层中辐照感生的正电荷总量，另一方面阻止辐照感生的正电荷在Si-SiO2界面积累。具体实现思路为：电极隔离介质采用PSG(磷硅玻璃)+SiO2双层结构替代传统SiO2材质。由于部分SiO2由PSG替代，一方面在保证电极隔离介质总厚度的情况下减薄了SiO2的厚度，从而降低氧化层中的总缺陷数，最终大大减少了辐照时氧化层中感生的正电荷总量；另一方面PSG对氧化层中感生的正电荷还具有很强的吸附作用，进而阻止辐照时正电荷在基区表面积累，减少了基区复合电流，增强了器件的抗辐照能力。同时，钝化层采用SiO2+BPSG(硼磷硅玻璃)+SiO2的多层结构。BPSG钝化膜对正电荷的捕集能力是传统Si3N4膜的数量级倍，是PSG膜的30—150倍。SiO2+BPSG+SiO2的多层钝化结构，一方面对辐照感生的正电荷具有很强的固定作用，另一方面与金属电极应力匹配度好，对环境中湿气和杂质离子的阻挡能力也较强。
本发明涉及的制造方法工艺步骤简单，与目前普遍应用的Si制造工艺兼容度高，可以用来制造具有抗低剂量率辐照能力的双极型芯片。如图1所示，本发明的具体步骤如下：
(1)以硅N型<111>外延片为基底材料，在该N<111>外延片的抛光面淀积氧化层。然后进行三极管基区光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出基区注入窗口，进行剂量为1e14cm-2—3e14cm-2的基区硼注入，然后在1000℃—1200℃的温度下对注硼后的N型<111>外延片进行60min—200min的氧化推进，使基区有一定的结深，保证了器件击穿电压要求。在N型<111>外延片的抛光面形成P型基区。
(2)在三极管基区光刻浓硼图形，接着采用湿法腐蚀工艺露出浓硼注入窗口，进行剂量为1e15cm-2—6e15cm-2的基区接触浓硼注入，然后进行温度为1000℃—1100℃，时间为10s—30s的快速退火，形成三极管基区接触区。基区注入的硼在经过推进后表面浓度会降低，基区接触区的存在很好的弥补了这一点。浓硼接触区可以降低基区和金属电极的接触电阻，从而优化双极型器件的饱和压降等参数。
(3)在三极管基区进行发射区图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出磷注入窗口，进行剂量为1e16cm-2—2e16cm-2的发射区磷注入，然后进行温度为900℃—1100℃，时间为30min—100min的磷扩散，形成N型发射区。磷扩散工艺使发射区有一定结深，保证了器件的电流增益要求。
(4)对N型<111>外延片氧化层表面和基区表面依次淀积SiO2和PSG，然后进行致密，使步骤(3)中带有三极管基区和发射区结构的N型硅外延片抛光面覆盖一层致密的PSG+SiO2双层结构电极隔离介质层。PSG+SiO2双层隔离介质一方面可以作为电极隔离，防止器件表面穿通，另一方面还具有很强的抗辐照能力。
(5)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上进行电极接触孔光刻、腐蚀，形成欧姆接触窗口；通过蒸发的方式在欧姆接触窗口以及双层结构电极隔离介质层表面淀积一层铝硅铜合金，铝硅铜合金厚度为1.0μm—5.0μm；在铝硅铜合金层表面进行电极图形光刻、电极腐蚀，形成基区和发射区金属电极。接着进行正面金属淀积，然后再通过电极图形光刻、电极腐蚀，形成基区和发射区金属电极。
(6)在金属电极以及双层结构电极隔离介质层表面依次淀积SiO2、BPSG和SiO2，形成多层结构钝化膜，然后在对应于基区和发射区金属电极的钝化膜上进行光刻、刻蚀，露出键合区域。SiO2+BPSG+SiO2的多层钝化结构，一方面对辐照感生的正电荷具有很强的固定作用，另一方面与金属电极应力匹配度好，对环境中湿气和杂质离子的阻挡能力也较强，保证了器件的可靠性和稳定性。
(7)将步骤(6)中覆盖有多层结构钝化膜的N型<111>外延片的非抛光面进行减薄；
(8)在减薄后的非抛光面淀积金属，形成集电区金属电极，从而完成了具有双层电极隔离介质和多层钝化结构的抗辐照双极器件的制造。
按照本发明方法制造的抗辐照双极器件剖面结构图如图9所示。基区和发射区表面的电极隔离介质层采用PSG+SiO2双层结构，其中，SiO2处于下层，与Si外延直接接触，PSG处于上层，覆盖在SiO2上。芯片钝化膜采用SiO2+BPSG+SiO2的多层钝化结构，BPSG处于钝化膜中间层，BPSG上层和下层分别覆盖一层SiO2，形成三层钝化膜结构。
实施例
(1)材料选择：如图2，选取<111>晶向的N型硅外延片1为衬底材料，硅片总厚度为525μm，N型外延厚度为50um，掺杂浓度为2e14cm-3。
(2)基区制造：如图3，以硅N型<111>外延片1为基底材料，在该N<111>外延片的抛光面淀积氧化层2。然后进行三极管基区光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出基区注入窗口，进行剂量为1e14cm-2的基区硼注入，然后在1200℃的温度下对注硼后的N型<111>外延片进行100min的氧化推进。在N型<111>外延片的抛光面形成P型三极管基区3；
(3)浓硼接触：如图4，在三极管基区3的区域内光刻浓硼图形，采用湿法腐蚀工艺露出浓硼注入窗口，进行剂量为4e15cm-2的基区接触浓硼注入，然后进行温度为1100℃，时间为10s的快速退火，形成三极管基区接触区4。
(4)发射区制造：如图5，在三极管基区3的区域内光刻发射区图形，采用湿法腐蚀工艺露出磷注入窗口，进行剂量为1e16cm-2的发射区磷注入，然后进行温度为1100℃，时间为60min的磷扩散，形成三极管N型发射区5；
(5)电极隔离介质层：如图6，对带有三极管基区和发射区结构的N型<111>外延片抛光面依次淀积SiO2和PSG，SiO2厚度为PSG厚度为再进行850℃，30min的致密，形成一层致密的双层电极隔离介质层6；
(6)正面金属电极：如图7，在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上进行电极接触孔光刻、腐蚀，接着进行正面金属铝硅铜合金淀积，然后再通过电极图形光刻、电极腐蚀，形成基区金属电极7，发射区金属电极8，基区金属电极7，发射区金属电极8不连通；
(7)表面钝化：如图8，在金属电极以及双层结构电极隔离介质层表面依次淀积SiO2厚度BPSG厚度SiO2厚度形成一种多层结构钝化膜9，然后在对应于基区和发射区金属电极的钝化膜进行光刻、刻蚀，露出基极键合区10，发射极键合区11；
(8)减薄：将N型<111>外延片从非抛光面进行减薄，减薄后的厚度为250μm；
(9)背面金属电极：如图9，将减薄后的N型<111>外延片非抛光面依次淀积金属钛、金金属层，其中钛厚度为金厚度为形成集电极金属电极12。
本发明方法制造的抗辐照双极型晶体管，采用PSG+SiO2双层电极隔离介质和SiO2+BPSG+SiO2的多层钝化结构：一方面大大降低了电极隔离介质层中的总缺陷数量；另一方面通过PSG和BPSG对正电荷的吸附性，阻止辐照环境下感生的正电荷在Si-SiO2界面积累，减弱基区复合电流，缓解电流增益下降，进而提高双极型器件的抗低剂量率辐照能力。图10为在横向版图相同的情况下，采用本发明方法制造的器件和传统结构双极型器件，在经过总剂量100Krad(Si)，剂量率0.01rad(Si)/s的辐照后，器件电流增益的变化情况。可以看到，采用传统结构制造的双极型器件辐照前后，10只样品的电流增益均值由64.74下降至18.39，衰减率高达71.6％。而采用本发明方法制造的双极型器件辐照前后，10只样品的电流增益均值由58.67下降至42.61，衰减率仅为27.3％。表明本发明的制造方法切实可靠，制造的双极型器件具有较强的抗低剂量率辐照能力。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (8)
1.一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于以下步骤：
(1)以N型<111>外延片为基底材料，在所述N型<111>外延片的抛光面淀积氧化层，在淀积完氧化层的抛光面进行三极管基区光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出基区注入窗口，通过该窗口为基区注入硼，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进，在N型<111>外延片的抛光面形成三极管基区；
(2)在三极管基区进行浓硼图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出浓硼注入窗口，通过该窗口进行基区接触浓硼注入，然后进行快速退火，形成基区接触区；
其中浓硼的注入剂量为1e15cm-2—8e15cm-2，快速退火的温度为900℃—1100℃，时间为10s—30s；
(3)在三极管基区进行发射区图形光刻，接着采用湿法腐蚀工艺露出磷注入窗口，通过该窗口进行发射区磷注入，然后进行磷扩散，形成发射区；
(4)对经过步骤(3)处理后的N型<111>外延片抛光面依次淀积SiO2和PSG，然后进行致密，使N型<111>外延片抛光面覆盖一层致密的双层结构电极隔离介质层；
(5)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上形成基区和发射区金属电极；
(6)在金属电极以及双层结构电极隔离介质层表面依次淀积SiO2、BPSG和SiO2，形成多层结构钝化膜，然后在对应于基区和发射区金属电极的钝化膜上进行光刻、刻蚀，露出基区和发射区键合区域；
淀积的第一层SiO2厚度为BPSG厚度为最后淀积的一层SiO2厚度为且BPSG中质量比P：B＝5：3；
(7)将N型<111>外延片的非抛光面进行减薄；
(8)在减薄后的非抛光面淀积金属，形成集电区金属电极，从而完成了具有双层电极隔离介质和多层钝化结构的抗辐照双极器件的制造。
2.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中N型<111>外延片的衬底厚度为450μm—525μm，外延厚度为8μm—80μm，掺杂浓度为1e14cm-3—6e15cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中淀积氧化层厚度为为基区注入的硼剂量为5e13cm-2—5e14cm-2，对注硼后的N型<111>外延片进行氧化推进的温度为900℃—1200℃，时间为50min—200min。
4.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中磷的注入剂量为1e16cm-2—2e16cm-2，磷扩散的温度为900℃—1100℃，时间为30min—100min。
5.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中淀积的SiO2厚度为PSG厚度为淀积完成后，进行致密的温度为800℃—900℃，时间为30min—60min。
6.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(5)中形成基区和发射区金属电极的方法如下：
(7.1)在对应于基区接触区和发射区的双层结构电极隔离介质层上进行电极接触孔光刻、腐蚀，形成欧姆接触窗口；
(7.2)通过蒸发的方式在欧姆接触窗口以及双层结构电极隔离介质层表面淀积一层铝硅铜合金，铝硅铜合金厚度为1.0μm—5.0μm；
(7.3)在铝硅铜合金层表面进行电极图形光刻、电极腐蚀，形成基区和发射区金属电极。
7.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(7)中减薄之后N型<111>外延片的总厚度为250μm—300μm。
8.根据权利要求1所述的一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法，其特征在于：所述步骤(8)中淀积的金属依次为钛、金，其中钛厚度为 金厚度为
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611020629.8A CN106653601B (zh) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | 一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611020629.8A CN106653601B (zh) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | 一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106653601A CN106653601A (zh) | 2017-05-10 |
| CN106653601B true CN106653601B (zh) | 2019-10-25 |
Family
ID=58808140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611020629.8A Active CN106653601B (zh) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | 一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106653601B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108039320A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-05-15 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种纳秒级抗辐照npn型双极晶体管制造方法 |
| CN109411348B (zh) * | 2018-11-21 | 2023-03-28 | 山东农业工程学院 | 一种大功率抗辐射晶体管芯片设计的方法及芯片 |
| CN110610983A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-12-24 | 电子科技大学 | 抗辐照器件及制备方法 |
| CN112885414B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-11-08 | 中国核动力研究设计院 | 基于速率理论和团簇动力学的辐照损伤仿真系统及方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101217158A (zh) * | 2007-12-28 | 2008-07-09 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 减小晶体管延伸电极电容的结构及制作方法 |
| CN101452950A (zh) * | 2007-12-04 | 2009-06-10 | 科达半导体有限公司 | 一种采用氮化硅(Si3N4)和掺磷氧化硅(PSG)复合薄膜隔离技术的IGBT功率器件及其制造工艺 |
-
2016
- 2016-11-14 CN CN201611020629.8A patent/CN106653601B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101452950A (zh) * | 2007-12-04 | 2009-06-10 | 科达半导体有限公司 | 一种采用氮化硅(Si3N4)和掺磷氧化硅(PSG)复合薄膜隔离技术的IGBT功率器件及其制造工艺 |
| CN101217158A (zh) * | 2007-12-28 | 2008-07-09 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 减小晶体管延伸电极电容的结构及制作方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BPSG膜双极晶体管的抗电离辐照性能研究;吕曼，张小玲，张彦秀，谢雪松，孙江超，王鹏鹏，吕长志;《核技术》;20130630;第36卷(第6期);实验样品及方法部分以及实验结果及讨论部分 * |
| 双层介质膜的辐照效应;Kikuo Watanabe，王季茂;《微电子学》;19871028;第17卷(第5期);第35页第5-14行 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106653601A (zh) | 2017-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106653601B (zh) | 一种抗低剂量率辐照的双极器件制造方法 | |
| JP6512314B2 (ja) | 半導体装置 | |
| CN105977154B (zh) | 一种基于扩散工艺具有双缓冲层快恢复二极管芯片制造方法 | |
| CN104078364B (zh) | 超接合半导体装置的制造方法 | |
| CN108039320A (zh) | 一种纳秒级抗辐照npn型双极晶体管制造方法 | |
| CN103890920B (zh) | 半导体装置以及半导体装置的制造方法 | |
| CN103959473B (zh) | 半导体器件 | |
| CN104810283B (zh) | 一种适用于压接式封装的igbt芯片制造方法 | |
| CN108352421A (zh) | 具有通过载流子选择性触点互连的多个吸收体的太阳能电池 | |
| CN107431087A (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
| CN1156004C (zh) | 多晶硅电阻器及其制造方法 | |
| CN110400879A (zh) | 一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN109417093A (zh) | 半导体装置 | |
| CN108493108B (zh) | 一种高压快速软恢复二极管的制造方法 | |
| CN107017315A (zh) | 背电极结构的阻挡杂质带探测器及其制造方法 | |
| CN106252244A (zh) | 一种终端钝化方法及半导体功率器件 | |
| CN102916042A (zh) | 逆导igbt器件结构及制造方法 | |
| CN101431073A (zh) | 一种齐纳管集成电路结构及其制造方法 | |
| CN110828560A (zh) | 一种基区环掺杂抗辐射横向pnp晶体管及制备方法 | |
| Shiono et al. | Charge character of interface traps at the Si‐SiO2 interface | |
| CN101656272B (zh) | 一种肖特基二极管及其制备方法 | |
| CN103811336A (zh) | 低功率应用的igbt功率器件及其制造方法 | |
| CN107331654A (zh) | 一种整流桥器件及其制作方法 | |
| DE102015110957A1 (de) | Kontakte für Halbleitervorrichtungen und Verfahren zu deren Bildung | |
| DE10057296B4 (de) | Solarzellen-Oberfläche |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |