基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管抗單粒子效應(yīng)加固方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管抗單粒子效應(yīng)加固方法，該方法構(gòu)建三維損傷模型，校準(zhǔn)模型的關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)，通過設(shè)計(jì)的抗輻射加固方法，延伸器件集電極-襯底結(jié)，引入偽集電極，利用SRIM軟件模擬單個(gè)離子入射器件，獲取線性能量傳輸值隨器件深度的變化，編寫線性能量傳輸值文件并嵌入器件模型，選取離子的典型入射位置，分別開展加固與未加固器件模型的單粒子效應(yīng)仿真，將加固前器件模型作為參照，與加固后器件模型的單粒子響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)的抗輻射加固效果。該方法解決了地面模擬試驗(yàn)成本較高、機(jī)時(shí)緊張的問題；有效提高了鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的抗單粒子效應(yīng)能力，同時(shí)彌補(bǔ)了工藝實(shí)驗(yàn)費(fèi)用昂貴、周期較長(zhǎng)的不足。
【專利說明】
基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管抗單粒子效應(yīng)加固方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件抗單粒子效應(yīng)加固方法，特別是涉及一種基于仿真的抗單粒子效應(yīng)加固方法，屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】、抗輻射加固【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體工藝和器件仿真工具(TCAD)是通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體工藝條件和器件版圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬的有效手段。隨著半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)研究的不斷發(fā)展，將器件仿真工具與粒子輸運(yùn)模擬計(jì)算相結(jié)合的計(jì)算機(jī)仿真方法，解決了地面模擬試驗(yàn)成本較高、機(jī)時(shí)緊張的問題，同時(shí)可以彌補(bǔ)工藝實(shí)驗(yàn)費(fèi)用昂貴以及周期較長(zhǎng)的不足。
[0003]單粒子效應(yīng)(SEE)是微電子器件和電路受到空間輻射環(huán)境中的高能射線粒子，如質(zhì)子、中子、α粒子或其它重離子的輻照，由單個(gè)粒子與器件敏感區(qū)域相互作用而引起的輻射損傷效應(yīng)。帶電粒子與半導(dǎo)體材料的分子或者原子發(fā)生碰撞，形成電荷密度很高的電子-空穴對(duì)，這些電荷被靈敏器件的電極收集后，會(huì)造成器件邏輯狀態(tài)非正常改變或器件損壞?？臻g輻射環(huán)境中的帶電粒子會(huì)導(dǎo)致航天器電子系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件發(fā)生單粒子效應(yīng)，嚴(yán)重影響航天器的可靠性和壽命。
[0004]在空間輻射環(huán)境下工作的半導(dǎo)體器件單粒子效應(yīng)對(duì)航天器系統(tǒng)的可靠性有重要影響。由于硅基能帶工程的材料和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管天然具有卓越的低溫特性，對(duì)電離輻射總劑量效應(yīng)和位移損傷效應(yīng)具有較強(qiáng)的抗輻射能力。隨著器件特征尺寸的越來(lái)越小，新的工藝和結(jié)構(gòu)的不斷更新?lián)Q代，鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管表現(xiàn)出很低的線性能量傳輸值(LET)閾值和較大的錯(cuò)誤飽和界面，使得單粒子效應(yīng)成為影響鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管空間輻射環(huán)境可靠性的關(guān)鍵因素。
[0005]目前鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)抗輻射加固技術(shù)主要通過改變器件制造工藝實(shí)現(xiàn)，稱為工藝加固(RHBP)，如背結(jié)加固和SOI技術(shù)。這些加固技術(shù)往往需要改變工藝流程，生產(chǎn)試制成本高，設(shè)計(jì)加固周期長(zhǎng)。另一類是不改變制造工藝，僅在器件的版圖布局上進(jìn)行改善，稱為設(shè)計(jì)加固(RHBD)，這種加固方法立足現(xiàn)有工藝，可以充分利用工藝進(jìn)步帶來(lái)的許多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為主流的半導(dǎo)體抗輻射加固技術(shù)。
[0006]鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)抗輻射加固技術(shù)急需一種基于仿真的通過改變器件版圖布局實(shí)現(xiàn)抗輻射的加固方法，以縮短設(shè)計(jì)加固周期，降低昂貴的加固設(shè)計(jì)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管抗單粒子效應(yīng)加固方法，該方法構(gòu)建三維損傷模型，校準(zhǔn)模型的關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)，通過設(shè)計(jì)的抗輻射加固方法，延伸器件集電極-襯底結(jié)，引入偽集電極，利用SRIM軟件模擬單個(gè)離子入射器件，獲取線性能量傳輸值隨器件深度的變化，編寫線性能量傳輸值文件并嵌入器件模型，選取離子的不同入射位置，分別開展加固與未加固器件模型的單粒子效應(yīng)仿真，將加固前器件模型作為參照，與加固后器件模型的單粒子響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)的抗輻射加固效果。該方法旨在降低鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管在單粒子效應(yīng)響應(yīng)中各電極瞬態(tài)電流和電荷收集總量，縮小單粒子效應(yīng)的敏感區(qū)域，相比于現(xiàn)行的改變器件工藝的加固方法，具有節(jié)省時(shí)間、經(jīng)費(fèi)，便于改進(jìn)加固設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。
[0008]本發(fā)明所述的一種基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法，按下列步驟進(jìn)行:
[0009]一種基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管抗單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法，其特征在于:按下列步驟進(jìn)行:
[0010]a、構(gòu)建鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷器件模型；
[0011]b、將步驟a建立的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型進(jìn)行半導(dǎo)體特征數(shù)值計(jì)算，校準(zhǔn)其關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)；
[0012]C、將步驟b建立的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型進(jìn)行單粒子效應(yīng)的抗輻射設(shè)計(jì)加固，延伸鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管集電極-襯底結(jié)的版圖布局，N+埋層引入偽集電極并與集電極-襯底結(jié)互連；
[0013]d、將步驟c經(jīng)過加固的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型，利用SRM軟件模擬單個(gè)離子入射，獲取線性能量傳輸值隨器件深度的變化，編寫線性能量傳輸值文件并嵌入鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型；
[0014]e、將步驟d得到的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型選取離子的不同入射位置，分別開展加固與未加固鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型單粒子效應(yīng)仿真，獲取各電極電流和電荷收集隨時(shí)間的變化；
[0015]f、將步驟e得到的加固與未加固鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型各電極電流和電荷收集隨時(shí)間的變化進(jìn)行對(duì)比，分析偽集電極對(duì)電荷收集機(jī)制的影響，驗(yàn)證鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的單粒子效應(yīng)抗輻射加固效果。
[0016]步驟a所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷器件模型按照實(shí)際器件的材料，幾何結(jié)構(gòu)，摻雜參數(shù)建立，其中材料包括建立鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷器件模型時(shí)設(shè)置的單晶硅、二氧化硅、硅、鍺硅；幾何結(jié)構(gòu)包括發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，襯底，引出電極各區(qū)域的分布；摻雜參數(shù)包括發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，襯底，引出電極的摻雜濃度。
[0017]步驟b所述關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)校準(zhǔn)采用仿真器件電學(xué)特性與測(cè)試器件電學(xué)特性相對(duì)比的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0018]步驟c所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法通過三維建模編輯語(yǔ)言在器件的版圖布局上進(jìn)行加固。
[0019]步驟d所述利用SRIM軟件模擬單個(gè)離子入射鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型，獲取線性能量傳輸值隨器件深度的變化，并將線性能量傳輸值隨器件深度的變化嵌入鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型。
[0020]本發(fā)明所述一種基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法與現(xiàn)有加固技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)為:
[0021](I)、本發(fā)明提出的基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)抗輻射加固技術(shù)避免了地面模擬單粒子試驗(yàn)技術(shù)中重離子束流機(jī)時(shí)緊張，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)昂貴的問題。
[0022](2)、本發(fā)明根據(jù)國(guó)產(chǎn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的材料結(jié)構(gòu)、幾何結(jié)構(gòu)、摻雜等參數(shù)構(gòu)建合理的單粒子效應(yīng)三維損傷模型，保證了建模的準(zhǔn)確性，提供了更真實(shí)的模擬環(huán)境，從而得到更符合實(shí)際的器件單粒子效應(yīng)損傷。
[0023](3)、本發(fā)明利用半導(dǎo)體器件仿真工具與粒子輸運(yùn)模擬計(jì)算相結(jié)合的混合模擬仿真方法，模擬粒子輸運(yùn)得到隨器件深度變化的一系列線性能量傳輸值(LET)值，編寫線性能量傳輸值(LET)文件嵌入器件三維物理模型，實(shí)現(xiàn)不同種類、不同能量的離子入射鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管三維物理模型，彌補(bǔ)了地面模擬試驗(yàn)中離子種類有限和線性能量傳輸值(LET)不夠高的缺點(diǎn)，節(jié)省了試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。
[0024](4)、本發(fā)明提出的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法僅在器件的版圖布局上進(jìn)行改善，不改變工藝流程，也不會(huì)產(chǎn)生面積損失，因?yàn)榘凑赵O(shè)計(jì)規(guī)則，器件之間有幾個(gè)微米大的間隔可以用來(lái)引入偽集電極。這種加固方法不僅試制成本低，設(shè)計(jì)加固周期短，還有效提高了鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管抗單粒子效應(yīng)的能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明技術(shù)流程圖；
[0026]圖2㈧為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)二維示意圖，為X-Y平面二維示意圖，其中(I)為發(fā)射極，(2)為基極，(3)為集電極，(4)為襯底電極，(5)為襯底，(6)為集電極-襯底結(jié)，(7)為淺槽隔離區(qū)；
[0027]圖2(B)為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)二維示意圖，為X-Z平面二維示意圖，其中(I)為發(fā)射極，(2)為基極，(3)為集電極，(4)為重?fù)絇型隔離墻，(5)為襯底電極，(6)為集電極-襯底結(jié)，(7)為淺槽隔離區(qū)；
[0028]圖3(A)為本發(fā)明關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)校準(zhǔn)圖，為器件仿真Grnnmel特性與測(cè)試Grnnmel特性對(duì)比，其中⑴為實(shí)驗(yàn)測(cè)得集電極電流，⑵為仿真集電極電流，⑶為實(shí)驗(yàn)測(cè)得基極電流，⑷為仿真基極電流；
[0029]圖3(B)和圖3(C)為本發(fā)明關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)校準(zhǔn)圖，為器件仿真輸出特性與測(cè)試輸出特性對(duì)比，其中(I)為 Vbe = 0.9V, (2)為 Vbe = 0.8V, (3)為 Vbe = 0.7V, (4)為 Vbe =
0.6V, (5)為 Vbe = 0.5V ；
[0030]圖4(A)為本發(fā)明經(jīng)過加固的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)二維示意圖，為X-Y平面二維示意圖，其中(I)為發(fā)射極，(2)為基極，(3)為集電極，⑷為襯底電極，(5)為襯底，(6)為集電極-襯底結(jié)，(7)為淺槽隔離區(qū)，⑶為偽集電極，(9)為偽集電極-襯底結(jié)；
[0031]圖4(B)為本發(fā)明經(jīng)過加固的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)二維示意圖，為X-Z平面二維示意圖，其中⑴為發(fā)射極，(2)為基極，(3)為集電極，⑷為重?fù)絇型隔離墻，(5)為襯底電極，(6)為集電極-襯底結(jié)，(7)為淺槽隔離區(qū)，⑶為偽集電極-襯底結(jié)，(9)為偽集電極；
[0032]圖5為本發(fā)明嵌入器件模型不同種類、能量離子線性能量傳輸值隨器件深度的變化，其中(I)為能量1989MeV的Bi離子，(2)為能量800MeV的Xe離子，(3)為能量1500MeV的Xe離子，(4)為能量800MeV的Kr離子，(5)為能量210MeV的Kr離子，(6)為能量200MeV的Cl離子，(7)為能量145MeV的Si離子，(8)為能量88MeV的C離子；
[0033]圖6(A)為本發(fā)明選取不同的離子入射位置，分別對(duì)加固前后鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管開展單粒子效應(yīng)物理模型仿真，為加固前選取的典型離子入射位置；
[0034]圖6(B)為本發(fā)明選取不同的離子入射位置，為加固后選取的典型離子入射位置，其中(I)為離子從器件發(fā)射極中心處入射，(2)為離子從CS結(jié)邊緣處入射，(3)為離子從CS結(jié)外入射；
[0035]圖7為本發(fā)明離子在器件發(fā)射極中心位置入射時(shí)各電極電流隨時(shí)間的變化關(guān)系，(A)為加固前，⑶為加固后，其中⑴為集電極，(2)為發(fā)射極，(3)為基極，⑷為襯底；
[0036]圖8為本發(fā)明離子在不同位置入射集電極電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖，其中(I)為離子在加固前器件發(fā)射極中心處入射，(2)為離子在加固前器件集電極-襯底(CS)結(jié)外入射，(3)為離子在加固前器件集電極-襯底(CS)結(jié)內(nèi)邊緣處入射，(4)為離子在加固后器件發(fā)射極中心處入射，(5)為離子在加固后器件集電極-襯底(CS)結(jié)外入射，(6)為離子在加固后器件集電極-襯底(CS)結(jié)內(nèi)邊緣處入射；
[0037]圖9為本發(fā)明離子在不同位置入射偽集電極電荷收集量隨時(shí)間的變化關(guān)系，其中
(I)為離子在器件發(fā)射極中心處入射，(2)為離子在器件集電極-襯底(CS)結(jié)內(nèi)邊緣處入射，⑶為離子在器件集電極-襯底(CS)結(jié)外入射；
[0038]圖10為本發(fā)明沿器件表面密集入射，加固前后集電極電荷收集量隨入射位置的變化，其中(I)為加固前，(2)為加固后；

【具體實(shí)施方式】
[0039]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明:
[0040]實(shí)施例
[0041]a、構(gòu)建鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷器件模型，選擇鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(清華大學(xué)研制)的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)、區(qū)域材料、摻雜分布，構(gòu)建合理的網(wǎng)格和完整的器件模型，使用三維建模編輯語(yǔ)言編寫器件結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)，其中發(fā)射區(qū)材料為多晶硅，三維結(jié)構(gòu)尺寸為 Xl = -0.2、X2 = 0.2、Yl = -0.17、Y2 = 0.17、Zl = 15、Z2 = 21，摻雜濃度達(dá)到5el9cm-3 ;基極材料為組分漸變的SiGe，三維結(jié)構(gòu)尺寸為Xl = -0.8、X2 = 0.8、Yl = -0.08、Y2 = 0.0,Zl = 12、Z2 = 24，摻雜濃度達(dá)到lel9cm_3 ;集電極材料為N型硅，三維結(jié)構(gòu)尺寸為Xl = _9、X2 = 9、Y1 = -0.0、Υ2 = 0.89、Zl = 5、Z2 = 31，摻雜濃度達(dá)到6el9cm-3 ;襯底材料為P型硅,三維結(jié)構(gòu)尺寸為Xl = -22、X2 = 22、Yl = 0.89、Y2 = 23、Zl = O、Z2 = 36，摻雜濃度達(dá)到5el5cm-3 ;在整個(gè)器件頂部由N+埋層引出發(fā)射極、基極、集電極和襯底的電極接觸；模擬中采用的模型包括:半經(jīng)驗(yàn)載流子遷移率模型，與電場(chǎng)相關(guān)的載流子遷移率模型，Schockley-Read-Hall復(fù)合模型，Auger復(fù)合模型以及碰撞離化模型和禁帶變窄模型；為了仿真不同種類、不同能量離子入射鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的單粒子響應(yīng)，編輯器件模型單粒子數(shù)據(jù)程序模塊，使其能夠嵌入外部單粒子數(shù)據(jù)(圖2(A)和圖2(B))；
[0042]幾何結(jié)構(gòu)和摻雜分布是影響器件性能和單粒子效應(yīng)中電荷收集的重要因素，本發(fā)明建立三維的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)包括厚度薄(0.08 μ m)、摻雜高(lel9cm-3)的基區(qū)，淺槽隔離氧化層(STI)，由重?fù)絧型環(huán)狀隔離墻引出的襯底接觸；多晶硅發(fā)射極在頂部引出電極接觸；基極接觸采用雙多晶硅自對(duì)準(zhǔn)工藝外延一層多晶硅摻硼摻鍺引出電極接觸；集電極接觸由N+埋層引出電極接觸；
[0043]b、將步驟a建立的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型進(jìn)行半導(dǎo)體特征數(shù)值計(jì)算，獲取步驟a建立的器件模型電學(xué)特征曲線，并利用器件實(shí)測(cè)電學(xué)特征曲線校準(zhǔn)器件模型，使器件電學(xué)特征符合理論預(yù)期；所述關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)校準(zhǔn)采用仿真器件電學(xué)特性與測(cè)試器件電學(xué)特性相對(duì)比的方法進(jìn)行校準(zhǔn)；鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管Gummel特性曲線用于表征晶體管電流增益特性，圖3中⑷為仿真Grnnmel特性與測(cè)試Grnnmel特性對(duì)比；鍺娃異質(zhì)結(jié)雙極晶體管輸出特性曲線用于表征晶體管Early電壓特性，圖3中⑶和(C)為仿真輸出特性與測(cè)試輸出特性對(duì)比；如圖所示，仿真得到的電學(xué)特性曲線和測(cè)試得到的電學(xué)特性曲線符合的較好；
[0044]C、將步驟b建立的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型進(jìn)行單粒子效應(yīng)抗輻射加固，延伸鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管集電極-襯底結(jié)的版圖布局，N+埋層引入偽集電極并與集電極-襯底結(jié)互連；通過三維建模編輯語(yǔ)言延伸該器件集電極-襯底結(jié)I至集電極-襯底結(jié)2，N+埋層引入偽集電極與集電極-襯底結(jié)2互連；偽集電極均勻?qū)ΨQ的分布在集電極-襯底結(jié)2四周，形成偽集電極-襯底反偏結(jié)；圖4給出了加固后器件模型材料邊界、幾何形狀的內(nèi)部視圖；其中(A)為X-Y平面二維不意圖，(B)為X-Z平面二維不意圖；
[0045]d、將步驟c經(jīng)過加固的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型，利用SRM軟件模擬單個(gè)離子入射，設(shè)置不同種類、不同能量的離子入射器件模型，計(jì)算線性能量傳輸值隨器件深度的變化，編寫線性能量傳輸值文件嵌入已建立的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷模型，圖5是本發(fā)明通過SRIM軟件計(jì)算得出的不同種類、能量離子線性能量傳輸值隨器件深度的變化，選取2100MeV的Kr離子入射器件模型；
[0046]e、將步驟d得到的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型選取離子的不同入射位置，同時(shí)開展加固前后鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)物理模型仿真，獲取各電極電流和電荷收集隨時(shí)間的變化，以及器件內(nèi)部電勢(shì)的變化；離子在不同材料中穿透能力不同，不同結(jié)構(gòu)會(huì)促進(jìn)或阻礙電荷收集，載流子在不同摻雜濃度的材料中復(fù)合能力不同，相似離子徑跡引發(fā)的單粒子效應(yīng)相近，因此在開展鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)仿真時(shí)無(wú)需費(fèi)時(shí)的逐點(diǎn)入射離子，只需根據(jù)離子徑跡在器件中穿過的不同結(jié)構(gòu)選取幾個(gè)典型的入射位置；圖6中(A)為該器件加固前選取的不同離子入射位置，(B)為加固后選取的不同離子入射位置，其中(I)為離子從器件中心位置入射，(2)為離子在集電極-襯底結(jié)內(nèi)部邊緣入射，(3)為離子在集電極-襯底結(jié)外部邊緣入射；
[0047]f、將步驟e得到的加固與未加固鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型各電極電流和電荷收集隨時(shí)間的變化進(jìn)行對(duì)比，比較該器件加固前后各電極電流和電荷收集隨時(shí)間變化的關(guān)系，分析偽集電極電荷收集特征，驗(yàn)證加固鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的單粒子效應(yīng)抗輻射加固效果，偽集電極與襯底形成了一個(gè)更大的CS結(jié)，由該結(jié)來(lái)收集器件中的擴(kuò)散電荷減少SiGe HBT實(shí)際集電極所收集的擴(kuò)散電荷數(shù)量，提高SiGe HBT單粒子效應(yīng)抗輻射能力；圖7為本發(fā)明展示的離子在該器件發(fā)射極中心位置入射各電極電流隨時(shí)間的變化關(guān)系，其中(A)為加固前各電極電流隨時(shí)間的變化關(guān)系，(B)為加固后各電極電流隨時(shí)間的變化關(guān)系；加固后集電極電流峰值減小最明顯，由原來(lái)的7.09mA減小至2.46mA,基極、發(fā)射極電流峰值都有不同程度的減小、襯底電流峰值基本不變；圖8為本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管加固前后在不同離子入射位置集電極電荷收集量隨時(shí)間的變化關(guān)系；其中(A)為離子從器件發(fā)射極中心位置入射，(B)為離子在集電極-襯底結(jié)內(nèi)部邊緣入射，(C)為離子在集電極-襯底結(jié)外部邊緣入射；由圖可知，離子在不同位置入射集電極電荷收集量都明顯減少；圖9為本發(fā)明偽集電極電荷收集量在不同離子入射位置隨時(shí)間的變化關(guān)系；離子在器件不同位置入射，電荷收集曲線可分為兩個(gè)不同的部分:漂移段和擴(kuò)散段，加固前后鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的電荷曲線在漂移段基本相同，漏斗勢(shì)消失后殘留在襯底中的電荷在濃度梯度的作用下開始向器件的其它部分不斷擴(kuò)散，加固后的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管擴(kuò)散電荷的收集主要由偽集電極-襯底結(jié)完成，這就會(huì)使器件本身的集電極-襯底結(jié)收集更少的電荷；如圖所示，離子在不同位置入射，偽集電極電荷收集量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)相似，主要通過擴(kuò)散機(jī)制收集電荷來(lái)減少實(shí)際電極的電荷收集量；圖10為本發(fā)明展示的離子沿器件表面密集入射，器件加固前后集電極電荷收集量隨入射位置的變化；如圖所示，加固方法不僅減小了集電極-襯底結(jié)及其附近區(qū)域的集電極電荷收集量，還縮小了集電極電荷收集敏感區(qū)域的范圍。
[0048]通過本發(fā)明所述的一種基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法，該方法不僅可以減小集電極-襯底結(jié)及其附近區(qū)域的集電極電荷收集量，還縮小了集電極電荷收集敏感區(qū)域的范圍。在電路設(shè)計(jì)中，器件之間都留有幾個(gè)微米的間隔，利用電路中相鄰鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管之間用不上的硅面積引入偽集電極，偽集電極通過擴(kuò)散機(jī)制收集電荷減少鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管實(shí)際集電極的電荷收集量，且不涉及額外的面積損失和復(fù)雜的版圖設(shè)計(jì)，因此這種單粒子效應(yīng)加固方法對(duì)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管具體工藝結(jié)構(gòu)不作要求，對(duì)于深溝槽隔離、淺槽隔離和LOCOS隔離結(jié)構(gòu)的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的單粒子效應(yīng)抗輻射加固都適用。
【權(quán)利要求】
1.一種基于仿真的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管抗單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法，其特征在于:按下列步驟進(jìn)行: a、構(gòu)建鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷器件模型； b、將步驟a建立的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型進(jìn)行半導(dǎo)體特征數(shù)值計(jì)算，校準(zhǔn)其關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)； C、將步驟b建立的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型進(jìn)行單粒子效應(yīng)的抗輻射設(shè)計(jì)加固，延伸鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管集電極-襯底結(jié)的版圖布局，N+埋層引入偽集電極并與集電極-襯底結(jié)互連； d、將步驟c經(jīng)過加固的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型，利用SRIM軟件模擬單個(gè)離子入射，獲取線性能量傳輸值隨器件深度的變化，編寫線性能量傳輸值文件并嵌入鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型； e、將步驟d得到的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型選取離子的不同入射位置，分別開展加固與未加固鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型單粒子效應(yīng)仿真，獲取各電極電流和電荷收集隨時(shí)間的變化； f、將步驟e得到的加固與未加固鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型各電極電流和電荷收集隨時(shí)間的變化進(jìn)行對(duì)比，分析偽集電極對(duì)電荷收集機(jī)制的影響，驗(yàn)證鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的單粒子效應(yīng)抗輻射加固效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷器件模型按照實(shí)際器件的材料，幾何結(jié)構(gòu)，摻雜參數(shù)建立，其中材料包括建立鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單粒子效應(yīng)三維損傷器件模型時(shí)設(shè)置的單晶硅、二氧化硅、硅、鍺硅；幾何結(jié)構(gòu)包括發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，襯底，引出電極各區(qū)域的分布；摻雜參數(shù)包括發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，襯底，引出電極的摻雜濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b所述關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)校準(zhǔn)采用仿真器件電學(xué)特性與測(cè)試器件電學(xué)特性相對(duì)比的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟c所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型單粒子效應(yīng)抗輻射加固方法通過三維建模編輯語(yǔ)言在器件的版圖布局上進(jìn)行加固。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟d所述利用SRIM軟件模擬單個(gè)離子入射鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型，獲取線性能量傳輸值隨器件深度的變化，并將線性能量傳輸值隨器件深度的變化嵌入鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件模型。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK104133974SQ201410406739
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】郭紅霞, 郭 旗, 李培, 文林, 王信, 劉默寒, 崔江維, 陸嫵, 余學(xué)峰, 何承發(fā) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所