專利名稱：一種提高晶體管性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于晶體管、集成電路等半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別應(yīng)用于硅平面晶體管和線性集成電路的生產(chǎn)。
現(xiàn)有的平面晶體管常規(guī)制造工藝中，提高直流放大系數(shù)hFE的方法主要是減小發(fā)射區(qū)與基區(qū)方塊電阻的比值R□e/R□b和基區(qū)寬度Wb。然而，這些方法受到發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)和基區(qū)陷落效應(yīng)的限制。目前常用的改善管芯hFE特性的磷蒸氣處理及氫氮烘焙工藝，需要在250°～570C的較高溫度下進(jìn)行，容易引入新的雜質(zhì)沾污，也難于控制。在常規(guī)制造工藝中，提高特征頻率fT的主要方法是減薄基區(qū)寬度Wb、縮小結(jié)區(qū)面積A、減小集電區(qū)的電阻率ρc及其厚度Wc。然而，Wb的減薄受到基區(qū)陷落效應(yīng)的限制，縮小A會降低成品率，太低的ρc和過薄的Wc則不利于擊穿電壓和抗二次擊穿耐量的提高。
本發(fā)明的目的就是為了克服在改善hFE和fT特性的常規(guī)生產(chǎn)工藝中存在的上述問題和缺點，提供一種容易提高或調(diào)節(jié)晶體管的hFE及fT特性的全新方法。
發(fā)明人經(jīng)過幾年的研究和實驗，創(chuàng)造性地發(fā)明了一種在室溫下和真空中用A+r束輻照晶體管管芯背面，既容易控制調(diào)節(jié)和提高晶體管的hFE及fT特性而又能使反向擊穿電壓和漏電流等反向擊穿特性保持不變的新方法。本發(fā)明方法的技術(shù)方案和步驟如下①把用常規(guī)生產(chǎn)工藝方法制造出的晶體管芯片，分別用甲苯、丙酮、無水乙醇等有機(jī)溶劑經(jīng)超聲波依次清洗，并用紅外燈等方法烘干處理;②將經(jīng)上述處理的芯片，背面朝上放置入氬離子束鍍膜刻蝕機(jī)的工作臺上(A+r離子束輻照區(qū)內(nèi))，襯底為室溫，關(guān)閉裝片口密封閘門，把機(jī)內(nèi)工作室抽真空至(4～6.65)×10-3Pa，開啟充A+r氣的電磁閥，充入高純度氬氣使真空度為(2.7～4)×10-2Pa;③然后，根據(jù)對晶體管hFE和fT特性的需要，用能量為300～950ev、束流為0.10～0.95mAcm-2的A+r束輻照10～90分鐘;④將背面經(jīng)過A+r束輻照的管芯移至下一道常規(guī)工序。
幾年來，發(fā)明人在多種不同類型的晶體管生產(chǎn)中，對本發(fā)明方法進(jìn)行試驗和實施，有許多成功的實施例。其實施和測試所用儀器設(shè)備主要有LD-1型離子束鍍膜刻蝕機(jī)、多頭探針測試裝置、JT-1型晶體管圖示儀、QG-6超高頻頻率測試儀。其實施步驟如下(a)把用常規(guī)生產(chǎn)工藝制備的hFE偏小的一批晶體管芯片中選用其中一片，用金剛刀割劃出2～3個小片作陪片;(b)然后將芯片和陪片分別用甲苯、丙酮、無水乙醇經(jīng)超聲波依次清洗并在紅外燈下烘干備用;(c)選用一個陪片，將管芯背面朝上，放置于LD-1型離子束鍍膜刻蝕機(jī)內(nèi)工作臺上、襯底為室溫，關(guān)閉好裝片口密封閘門;(d)開啟機(jī)械真空泵、油擴(kuò)散泵把機(jī)內(nèi)工作室抽真空，使真空度達(dá)6.65×10-3Pa時，再開啟充A+r氣的電磁閥，使工作室真空度為3×10-2Pa;(e)選用400eV×0.30mAcm-2的A+r離子束流，對陪片背面進(jìn)行A+r束輻照30分鐘;(f)取出陪片，放置于多頭探針臺上、調(diào)校好探針，用JT-1型圖示儀測量hFE及其反向擊穿特性，若陪片仍未達(dá)到所需求的hFE值，則可改變A+r束輻照條件(改變A+r束的能量或束流或輻照時間)重新對陪片輻照測試，直到hFE提高至所需值時，則用同樣的條件對晶體管正片管芯進(jìn)行輻照，重復(fù)步驟(c)～(e)。再經(jīng)后工序及封裝、老化后，用QG-6超高頻頻率測試儀測試fT。
發(fā)明人曾按照上述本發(fā)明方法的步驟①～③對3DG165NPN硅平面型超高頻小功率(pcm＝100mw)晶體管管芯進(jìn)行試驗測試，其試驗測試數(shù)據(jù)如說明書附圖
表一所示。其A+r束輻照條件為能量500eV×束流0.4mAcm-2×輻照時間30分鐘。從試驗結(jié)果表明，經(jīng)A+r束輻照后的3DG165管芯的hFE比A+r束輻照前平均提高38.2%;發(fā)明人也曾對管芯未經(jīng)A+r束輻照的3DG165晶體管成品及按本發(fā)明方法對管芯背面進(jìn)行A+r束輻照(A+r輻照條件500eV×0.40mAcm-2×60′)后，再經(jīng)過后工序及封裝、老化的成品晶體管3DG165進(jìn)行比較測試，其試驗數(shù)據(jù)見表二所示。從試驗結(jié)果表明，管芯背面經(jīng)A+r輻照后的晶體管的hFE值平均提高124%、fT值平均提高25%。
發(fā)明人曾用本發(fā)明方法對許多種晶體管管芯進(jìn)行A+r輻照前后的管芯特性比較試驗，其效果都很好。例如(1)對3DG15NpN平面高頻小功率(PCM＝50mw)晶體管管芯背面A+r束輻照(輻照條件500eV×0.30mAcm-2×60′)前后比較試驗，其結(jié)果是經(jīng)A+r束輻照后的管芯的hFE平均提高25%;(2)對3DG403NPN硅平面型高頻小功率(PcM＝300mW)晶體管管芯背面用500eV×0.40mAcm-2的A+r束輻照40分鐘，經(jīng)輻照后的管芯的hFE平均提高28.5%，輻照管芯背面60分鐘后，管芯的hFE平均提高51%;(3)對進(jìn)口的KSD288型NPN外延硅晶體管(EPiTAXiAL SiLiCON TRANSiSTOR)(PcM＝25W)的管芯背面用500eV×0.35mAcm-2的A+r束輻照60分鐘后，其hFE值平均提高18%;(4)對3DG403晶體管管芯未經(jīng)A+r束輻照的成品管與經(jīng)過用500eV×0.40mAcm-2×60分鐘的A+r束輻照管芯背面后，經(jīng)常規(guī)工藝封裝、老化后的成品管進(jìn)行比較，結(jié)果經(jīng)A+r輻照后的晶體管的hFE值平均提高68%，fT平均提高28.5%。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下的優(yōu)點和效果(A)本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有常規(guī)工藝存在的問題和缺點，既能顯著提高晶體管的電流放大系數(shù)hFE和特征頻率fT，又能保持其縱、橫結(jié)構(gòu)參數(shù)及其反向擊穿特性不變;(B)本發(fā)明采用A+r束輻照管芯背面，即在管芯完成后提高晶體管性能，能與常規(guī)的制造工藝兼容;(C)本發(fā)明不僅能大輻度提高晶體管的hFE及fT，而且能方便地通過調(diào)節(jié)A+r束的能量或束流及輻照時間的長短來調(diào)節(jié)控制hFE值，以滿足用戶要求;(d)本發(fā)明方法是在室溫和真空中進(jìn)行，易于避免雜質(zhì)沾污，有利于產(chǎn)品穩(wěn)定性的提高;(e)本發(fā)明的應(yīng)用能提高晶體管產(chǎn)品檔次，從而能提高生產(chǎn)廠家的經(jīng)濟(jì)效益，并有較大的社會效益。
權(quán)利要求
一種提高晶體管性能的方法，其特征在于把晶體管管芯片，分別用甲苯、丙酮、無水乙醇等有機(jī)溶劑經(jīng)超聲波依次清洗并烘干，然后把芯片背面朝上放置入氬離子束鍍膜刻蝕機(jī)的A+r離子束輻照區(qū)內(nèi)工作臺上，襯底為室溫、關(guān)閉裝片口密封閘門，把機(jī)內(nèi)工作室抽真空至(4～6.65)×10-3Pa，開啟充A+r氣的電磁閥，充入高純度氬氣，使真空度為(2.7～4)×10-2Pa，用能量為300～950eV、束流為0.10～0.95mAcm-2的A+r束輻照10～90分鐘。
全文摘要
本發(fā)明是一種提高晶體管性能的新方法，能廣泛應(yīng)用于晶體管、集成電路的生產(chǎn)。本發(fā)明要點是在室溫和真空中用A
文檔編號H01L21/26GK1053322SQ9110036
公開日1991年7月24日 申請日期1991年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月16日
發(fā)明者曾紹鴻, 李觀啟, 黃美淺, 曾勇彪 申請人:華南理工大學(xué)