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《輻射加固的jfetsos工藝及γ輻射效應(yīng)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第20卷第8期半 導(dǎo) 體 學(xué) 報(bào)Vol.20,No.81999年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,1999輻射加固的JFET?SOS:工藝及C輻射效應(yīng)聶紀(jì)平 劉忠立 和致經(jīng) 于 芳 李國(guó)花 張永剛(中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 北京 100083)摘要 本文研究了制作JFET?SOS(藍(lán)寶石上外延硅結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的方法,采用擴(kuò)散形成+柵極pn淺結(jié)以及復(fù)合注入的方法形成導(dǎo)電溝道,在不同的工藝條件下可得到增強(qiáng)型和耗盡型60器件.通過(guò)Co源的C射線輻射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種器件具有良好的抗總劑量輻射性能,在5Mrad
2、(Si)劑量時(shí)閾值電壓的變化小于011V,跨導(dǎo)以及漏電流的變化都很小.EEACC:2550,2560S,2570D1 引言MOS?SOS器件具有優(yōu)良的抗瞬態(tài)及單粒子翻轉(zhuǎn)輻射特性,經(jīng)過(guò)適當(dāng)加固其抗總劑量[1]電離輻射能力也可達(dá)到較高水平(1Mrad(SiO2)以上).由于MOS器件的柵極下存在一個(gè)絕緣SiO2層和SiO22Si界面,電離輻射后將產(chǎn)生感生空穴陷阱電荷及增加的界面態(tài),它們使MOS器件進(jìn)一步提高抗總劑量電離輻射能力產(chǎn)生困難.一個(gè)改進(jìn)的方法是采用JFET?SOS,由于JFET的柵輸入用pn結(jié)代替了SiO2介質(zhì),消除了SiO22Si結(jié)
3、構(gòu)固有的輻射感生電荷及界面態(tài)問(wèn)題,預(yù)計(jì)它應(yīng)該有很高的抗總劑量電離輻射能力.[2]這方面的工作70年代就有文獻(xiàn)報(bào)道,但結(jié)果并不理想,主要原因在于SOS材料的硅和藍(lán)寶石界面上的缺陷也會(huì)造成界面陷阱電荷,從而影響器件性能.80年代有報(bào)道研制成[3,4]功了抗高總劑量輻射JFET?SOI(絕緣體上硅結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管),其抗總劑量水平達(dá)到810rad(Si),但這種器件采用011Lm的SiO2膜SOI材料,利用襯底硅上加偏壓的方法抵消[5～7]空穴陷阱,獲得高的抗輻射性能.JFET?SOS方面的工作也有報(bào)道,但在抗總劑量輻射方面沒(méi)有很大進(jìn)展.近年來(lái)
4、由于在SOS材料及CMOS?SOS器件方面的進(jìn)展,使我們有條件對(duì)于抗高總劑量電離輻射JFET?SOS進(jìn)行進(jìn)一步的研究.本文主要介紹了n溝道JFET?SOS的設(shè)計(jì)、制作及總劑量輻射試驗(yàn)的結(jié)果,可以看到這種器件已達(dá)到了較高的抗總劑量電離輻射水平.2 器件設(shè)計(jì)及工藝本文研究的n溝道JFET?SOS的示意圖如圖1所示,器件的寬長(zhǎng)比為20,溝長(zhǎng)為聶紀(jì)平 男,1974年出生,碩士生,現(xiàn)從事半導(dǎo)體器件工藝研究劉忠立 男,1940年出生,研究員,從事半導(dǎo)體器件物理研究工作和致經(jīng) 男,1938年出生,研究員,從事集成電路工藝研究工作1998203219收到
5、,1998205213定稿8期聶紀(jì)平等: 輻射加固的JFET?SOS:工藝及C輻射效應(yīng)67720Lm.柵極的結(jié)構(gòu)分環(huán)型和條型兩種,從結(jié)果來(lái)看并無(wú)明顯差別.JFET的工作原理主要是通過(guò)柵極來(lái)控制導(dǎo)電溝道的+寬度,所以pn結(jié)耗盡區(qū)的深淺決定了器件的主要參數(shù),耗盡區(qū)寬度W為:1?2W=(2Es(Vbi+Vg)?qNb)(1)[8]JEFT的飽和電流方程為:223I=CLqNba?6Es(2)式中 Vbi為內(nèi)建電勢(shì)Vbi=(kT?q)ln(Nb?ni),其中k為玻爾茲曼常數(shù),T為絕對(duì)溫度,q為電子電量,Nb為n溝道區(qū)載圖1JFET?SOS示意圖流
6、子濃度,ni為本征載流子濃度.Vg為柵壓,L為載流子遷移率,a為溝道寬度(見(jiàn)圖1),C為+由Vg等決定的常數(shù).所以由離子注入形成的載流子濃度隨深度的分布以及擴(kuò)散形成的pn結(jié)為關(guān)鍵工藝. 表1給出了主要的工藝流程,所有的器件均采用015Lm厚硅膜的5018mmSOS片.采+用摻硼多晶硅作為擴(kuò)散源,通過(guò)固2固擴(kuò)散形成pn柵極結(jié)構(gòu).具體工藝條件為:655℃SiH4+B2H6作為擴(kuò)散源的LPCVD,22min生長(zhǎng)015Lm摻硼多晶硅.然后在1000℃下進(jìn)行推進(jìn)+形成pn淺結(jié),時(shí)間用10min和20min進(jìn)行比較,來(lái)觀察pn結(jié)的深淺對(duì)器件性能的影
7、響.31+在注入P形成溝道電導(dǎo)時(shí)采用了150keV和300keV的復(fù)合注入,通過(guò)不同能量和劑量的組合形成不同的n溝道區(qū)雜質(zhì)濃度分布,來(lái)控制器件參數(shù).在不同的工藝條件下可得到增強(qiáng)型和耗盡型器件,其閾值電壓和飽和電流也有較大差別,表2給出了不同工藝條件下制成的器件參數(shù).表1JFET?SOS工藝流程步驟工藝過(guò)程工藝參數(shù)1形成預(yù)氧層,隔離硅島預(yù)氧SiO2100nm2復(fù)合注入31P+形成溝道電導(dǎo)注入劑量見(jiàn)表2,1000℃退火1h3源漏注入150keV31P+,劑量5×1015?cm24生長(zhǎng)摻硼多晶硅,形成柵極LPCVD,500nm多晶硅5擴(kuò)散形成p
8、+n淺結(jié)1000℃擴(kuò)散,時(shí)間見(jiàn)表26封Al及鈍化Al膜1Lm,Si3N4鈍化層015Lm7封裝表2JFET?SOS器件主要工藝及器件參數(shù)注入?yún)?shù)?cm-2退火時(shí)間?min閾值電壓?V飽和電流?
