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《辐射加固的jfetsos工艺及γ辐射效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第20卷第8期半 导 体 学 报Vol.20,No.81999年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,1999辐射加固的JFETöSOS:工艺及C辐射效应聂纪平 刘忠立 和致经 于 芳 李国花 张永刚(中国科学院半导体研究所 北京 100083)摘要 本文研究了制作JFETöSOS(蓝宝石上外延硅结型场效应晶体管)的方法,采用扩散形成+栅极pn浅结以及复合注入的方法形成导电沟道,在不同的工艺条件下可得到增强型和耗尽型60器件.通过Co源的C射线辐射实验发现这种器件具有良好的抗总剂量辐射性能,在5Mrad
2、(Si)剂量时阈值电压的变化小于011V,跨导以及漏电流的变化都很小.EEACC:2550,2560S,2570D1 引言MOSöSOS器件具有优良的抗瞬态及单粒子翻转辐射特性,经过适当加固其抗总剂量[1]电离辐射能力也可达到较高水平(1Mrad(SiO2)以上).由于MOS器件的栅极下存在一个绝缘SiO2层和SiO22Si界面,电离辐射后将产生感生空穴陷阱电荷及增加的界面态,它们使MOS器件进一步提高抗总剂量电离辐射能力产生困难.一个改进的方法是采用JFETöSOS,由于JFET的栅输入用pn结代替了SiO2介质,消除了SiO22Si结
3、构固有的辐射感生电荷及界面态问题,预计它应该有很高的抗总剂量电离辐射能力.[2]这方面的工作70年代就有文献报道,但结果并不理想,主要原因在于SOS材料的硅和蓝宝石界面上的缺陷也会造成界面陷阱电荷,从而影响器件性能.80年代有报道研制成[3,4]功了抗高总剂量辐射JFETöSOI(绝缘体上硅结型场效应晶体管),其抗总剂量水平达到810rad(Si),但这种器件采用011Lm的SiO2膜SOI材料,利用衬底硅上加偏压的方法抵消[5～7]空穴陷阱,获得高的抗辐射性能.JFETöSOS方面的工作也有报道,但在抗总剂量辐射方面没有很大进展.近年来
4、由于在SOS材料及CMOSöSOS器件方面的进展,使我们有条件对于抗高总剂量电离辐射JFETöSOS进行进一步的研究.本文主要介绍了n沟道JFETöSOS的设计、制作及总剂量辐射试验的结果,可以看到这种器件已达到了较高的抗总剂量电离辐射水平.2 器件设计及工艺本文研究的n沟道JFETöSOS的示意图如图1所示,器件的宽长比为20,沟长为聂纪平 男,1974年出生,硕士生,现从事半导体器件工艺研究刘忠立 男,1940年出生,研究员,从事半导体器件物理研究工作和致经 男,1938年出生,研究员,从事集成电路工艺研究工作1998203219收到
5、,1998205213定稿8期聂纪平等: 辐射加固的JFETöSOS:工艺及C辐射效应67720Lm.栅极的结构分环型和条型两种,从结果来看并无明显差别.JFET的工作原理主要是通过栅极来控制导电沟道的+宽度,所以pn结耗尽区的深浅决定了器件的主要参数,耗尽区宽度W为:1ö2W=(2Es(Vbi+Vg)öqNb)(1)[8]JEFT的饱和电流方程为:223I=CLqNbaö6Es(2)式中 Vbi为内建电势Vbi=(kTöq)ln(Nböni),其中k为玻尔兹曼常数,T为绝对温度,q为电子电量,Nb为n沟道区载图1JFETöSOS示意图流
6、子浓度,ni为本征载流子浓度.Vg为栅压,L为载流子迁移率,a为沟道宽度(见图1),C为+由Vg等决定的常数.所以由离子注入形成的载流子浓度随深度的分布以及扩散形成的pn结为关键工艺. 表1给出了主要的工艺流程,所有的器件均采用015Lm厚硅膜的5018mmSOS片.采+用掺硼多晶硅作为扩散源,通过固2固扩散形成pn栅极结构.具体工艺条件为:655℃SiH4+B2H6作为扩散源的LPCVD,22min生长015Lm掺硼多晶硅.然后在1000℃下进行推进+形成pn浅结,时间用10min和20min进行比较,来观察pn结的深浅对器件性能的影
7、响.31+在注入P形成沟道电导时采用了150keV和300keV的复合注入,通过不同能量和剂量的组合形成不同的n沟道区杂质浓度分布,来控制器件参数.在不同的工艺条件下可得到增强型和耗尽型器件,其阈值电压和饱和电流也有较大差别,表2给出了不同工艺条件下制成的器件参数.表1JFETöSOS工艺流程步骤工艺过程工艺参数1形成预氧层,隔离硅岛预氧SiO2100nm2复合注入31P+形成沟道电导注入剂量见表2,1000℃退火1h3源漏注入150keV31P+,剂量5×1015öcm24生长掺硼多晶硅,形成栅极LPCVD,500nm多晶硅5扩散形成p
8、+n浅结1000℃扩散,时间见表26封Al及钝化Al膜1Lm,Si3N4钝化层015Lm7封装表2JFETöSOS器件主要工艺及器件参数注入参数öcm-2退火时间ömin阈值电压öV饱和电流ö
