CN107680904A - 硼‑11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硼‑11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用，是将只含硼‑11同位素的硼化合物作为离子源电离物质，利用离子注入机将离子源电离物质进行离子化后将离子从混合离子束中分离出来，离子经离子注入机的加速管加速获取速度和能量，离子束通过扫描轰击硅片实现硼离子注入，最终制得集成电路芯片发生单电子效应的概率相对采用硼‑10和硼‑11同位素进行半导体掺杂所制得到的集成电路芯片发生单电子效应的概率降低了71～92％。本发明的应用能够有效的提高集成电路芯片抗辐射、抗单粒子效应的能力，具有很好地应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种将硼-11同位素用于集成电路制造前工序中的离子注入。
背景技术
众所周知，由于缺少大气层的保护，航天器集成芯片很容易遭受高能粒子的轰击，导致芯片受损出现故障。来自宇宙、太阳的高能粒子和射线对航天器产生的空间辐射效应主要包括单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应等。其中最主要的单粒子效应(SEE)是指空间辐射环境下的单个高能粒子(如重离子、质子、中子等)入射到集成芯片内部后，形成电子空穴对，这种空穴电子对会引起集成电路芯片的电路逻辑状态翻转或者电路失效。
在集成电路中，硼作为一种重要的掺杂原子需要被注入硅中以改变其表面电导率或形成PN结。天然硼元素有两种稳定同位素，硼-10和硼-11，丰度分别为19.78％和80.22％。经研究表明，热中子等高能粒子与集成电路中的硼-10同位素能发生反应从而导致集成电路芯片出现故障。集成电路中的硼-10同位素在中子的作用下会裂变为金属锂和一个高能α粒子，这是引发单粒子效应的重要原因之一。
美国曾对卫星故障进行分析，结果发现大概有一半的卫星故障是由于单粒子效应造成的。目前仍不能从芯片设计上解决这一难题。
发明内容
针对现有技术，本发明提供了一种硼-11同位素在航天器用集成电路的半导体掺杂中的应用，该应用能够有效的提高集成电路芯片抗辐射、抗单粒子效应的能力，具有很好地应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明提出了硼-11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用。
其应用实现的方法是，将只含硼-11同位素的硼化合物作为离子源电离物质，利用离子注入机将离子源电离物质进行离子化后将离子从混合离子束中分离出来，离子经离子注入机的加速管加速获取速度和能量，离子束通过扫描轰击硅片实现硼离子注入，最终制得集成电路芯片。
其中，只含有硼-11同位素的硼化合物包括单质硼，BF3，BCl3，BBr3，硼烷(BxHy,x＝1～10,y＝3～30),B2F4、B(BF2)3CO、BF2CH3、BF2CF3、BF2Cl、BFCl2、BF(CH3)2、NOBF4、NH4BF4、H2BF7、H2B2F6、H4B4F10、H2BFO2、H2B2F2O3、H2B2F2O6、H2B2F4O2、H3BF2O2、H4BF3O2、H4BF3O3、B8F12、B10F12和(F2B)3BCO中的一种。
所述扫描的方式包括静电扫描、机械扫描、混合扫描和平行扫描中的一种。
将硼-11同位素作为集成电路的半导体掺杂所生产的集成电路芯片具有极强的抗辐射和抗单粒子效应能力；该集成电路芯片发生单电子效应的概率相对采用硼-10和硼-11同位素进行半导体掺杂所制得到的集成电路芯片发生单电子效应的概率降低了71～92％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
将硼-11同位素用于生产集成电路芯片，步骤如下：
步骤一、将只含有硼-11的硼化合物作为硼源进行离子化；其中，含有硼-11的硼化合物包括并不限于单质硼，BF3，BCl3，BBr3，硼烷(BxHy,x＝1～10,y＝3～30),B2F4、B(BF2)3CO、BF2CH3、BF2CF3、BF2Cl、BFCl2、BF(CH3)2、NOBF4、NH4BF4、H2BF7、H2B2F6、H4B4F10、H2BFO2、H2B2F2O3、H2B2F2O6、H2B2F4O2、H3BF2O2、H4BF3O2、H4BF3O3、B8F12、B10F12和(F2B)3BCO。
步骤二、从离子源中引出的离子可能包含许多不同种类的离子，它们在吸极电压的加速下，以很高的速度运动。注入机中的磁性离子分析器能将需要的离子从混合离子束中分离出来。
步骤三、离子经加速管加速获取速度和能量。
步骤四、离子束通过扫描轰击硅片实现硼离子注入。其中，扫描的方法包括但不限于静电扫描、机械扫描、混合扫描、平行扫描。离子束轰击硅片的能量转化成热，导致硅片温度升高，通过硅片冷却技术(包括但不限于气冷和橡胶冷却)来控制温度。离子束轰击硅片导致的硅片充电通过等离子电子喷淋系统进行控制。
实施例1：
将11BF3作为硼源进行离子化，从离子源中引出的离子在吸极电压的加速下，以很高的速度运动，注入机中的磁性离子分析器能将需要的离子从混合离子束中分离出来。后离子经加速管加速获取速度和能量。通过静电扫描轰击硅片实现硼离子注入。制得的芯片在160MeV中子源辐射作用下，检测(测试方法参考中华人民共和国国家军用标准GJB7274-2011)发现11B掺杂集成电路发生单电子效应的概率降低了80％，抗辐射能力明显提高。
实施例2：
将11BF3作为硼源进行离子化，从离子源中引出的离子在吸极电压的加速下，以很高的速度运动，注入机中的磁性离子分析器能将需要的离子从混合离子束中分离出来。后离子经加速管加速获取速度和能量。通过机械扫描轰击硅片实现硼离子注入。制得的芯片在1MeV中子源辐射作用下，检测发现11B掺杂集成电路发生单电子效应的概率降低了85％，抗辐射能力明显提高。
实施例3：
将11BF3作为硼源进行离子化，从离子源中引出的离子在吸极电压的加速下，以很高的速度运动，注入机中的磁性离子分析器能将需要的离子从混合离子束中分离出来。后离子经加速管加速获取速度和能量。通过混合扫描轰击硅片实现硼离子注入。制得的芯片在500MeV中子源辐射作用下，检测发现11B掺杂集成电路发生单电子效应的概率降低了84％，抗辐射能力明显提高。
实施例4：
将11BF3作为硼源进行离子化，从离子源中引出的离子在吸极电压的加速下，以很高的速度运动，注入机中的磁性离子分析器能将需要的离子从混合离子束中分离出来。后离子经加速管加速获取速度和能量。通过平行扫描轰击硅片实现硼离子注入。制得的芯片在160MeV中子源辐射作用下，检测发现11B掺杂集成电路发生单电子效应的概率降低了82％，抗辐射能力明显提高。
实施例5：
将实施1中的11BF3换成单质硼，BCl3，BBr3，硼烷(BxHy,x＝1～10,y＝3～30)，B2F4、B(BF2)3CO、BF2CH3、BF2CF3、BF2Cl、BFCl2、BF(CH3)2、NOBF4、NH4BF4、H2BF7、H2B2F6、H4B4F10、H2BFO2、H2B2F2O3、H2B2F2O6、H2B2F4O2、H3BF2O2、H4BF3O2、H4BF3O3、B8F12、B10F12和(F2B)3BCO中的一种，制得的集成电路芯片在160MeV中子源辐射下，检测集成电路芯片发生单电子效应的概率。检测结果表明利用硼-11同位素生产的集成电路芯片表现出极强的抗辐射和抗单粒子效应能力，利用硼-11同位素生产的集成电路芯片发生单电子效应的概率相对采用硼-10和硼-11同位素进行半导体掺杂所制得到的集成电路芯片发生单电子效应的概率降低的结果如下表所示：
经检测(测试方法参考中华人民共和国国家军用标准GJB7274-2011)表明，利用硼-11同位素生产的集成电路芯片发生单电子效应的概率相对采用硼-10和硼-11同位素进行半导体掺杂所制得到的集成电路芯片发生单电子效应的概率降低了71～92％。
尽管上面对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.硼-11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用。
2.根据权利要求1所述硼-11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用的方法，其特征在于，将只含硼-11同位素的硼化合物作为离子源电离物质，利用离子注入机将离子源电离物质进行离子化后将离子从混合离子束中分离出来，离子经离子注入机的加速管加速获取速度和能量，离子束通过扫描轰击硅片实现硼离子注入，最终制得集成电路芯片。
3.根据权利要求2所述硼-11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用的方法，其特征在于，只含有硼-11同位素的硼化合物包括单质硼，BF3，BCl3，BBr3，硼烷(BxHy,x＝1～10,y＝3～30),B2F4、B(BF2)3CO、BF2CH3、BF2CF3、BF2Cl、BFCl2、BF(CH3)2、NOBF4、NH4BF4、H2BF7、H2B2F6、H4B4F10、H2BFO2、H2B2F2O3、H2B2F2O6、H2B2F4O2、H3BF2O2、H4BF3O2、H4BF3O3、B8F12、B10F12和(F2B)3BCO中的一种。
4.根据权利要求2所述硼-11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用的方法，其特征在于，所述扫描的方式包括静电扫描、机械扫描、混合扫描和平行扫描中的一种。
5.一种集成电路芯片，其特征在于，将根据权利要求2至4中任一所述硼-11同位素在集成电路的半导体掺杂中的应用的方法获得的集成电路芯片置于能量范围是1MeV～500MeV的中子源辐射下，经检测该集成电路芯片发生单电子效应的概率相对采用硼-10和硼-11同位素进行半导体掺杂所制得到的集成电路芯片发生单电子效应的概率降低了71～92％。
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