Brevet FR2029814A1 — publié le 19701023

Les satellites et autres véhicules spaèiass sont ss?je£s au cours de leur mission h 1* action à® rayeaaeEests corpusculaires et guantiques» Il existe E®tcaasat dos rayemementspéaétraatc de protons et d'électrons dans la ceinture de radiations entourant la 5 terre et comme sous la désignation àe eeiatur® de Tan—Àllssu Ges rayonnements sont particulièrement dangereux posas1 les transistors montés dans de tels véhicules spatiaux, étant donné que les caraco téristiques électriques des transistors sont modifiées par 1*icmi~ sation se produisant sous l'influenee deun rayonneseut. L'action 10 d'une irradiation affecte en particulier l'amplification en courant des transistors qui peut diminuer fortement. Les conditions sont similaires lorsque ces transistors sont utilisés dans des accéléra» teurs de particules, des réacteurs nucléaires, des installations de radiographie ou de radioscopie et dans d'autres installations 15 dans lesquelles se produit un rayonnement ionisanto Afin d'éviter une variation trop prononcée des caractéristiques de fonctionnement des montages équipés de transistors, il faudrait que ces transistors possèdent une résistance aux rayonnements aussi élevée quo possible. Par ailleurs, un gain en courant élevé peurrait ttre de 20 quelque intértt mftme .pour les transistors qui ne sont pas utilisés dans un milieu exposé aux rayonnements* Il serait ainsi souhaitable d'avoir une amplification on courant taès élevée pour des courants collecteurs très faibles de l'ordre du microampère, lorsque ces transistors sont utilisés en électronique pour obtenir des 25 .puissances de l'ordre du microvatt» Il appartient à la présente invention de présenter un procédé permettant d'accroître l'amplification en gain et la résistance aux . rayonnements de transistors au silicium comportant une couche superficielle en oxyde.de silicium* 30 Le procédé conforme à l'invention1réside dans le fait qu'on soumet tout d'abord le transistor à un rayonnement ionisant constitué par des rayons X, des rayons gamme eu us. rayonnement d'électrons, et cela avec une énergie telle que la couche superficielle d'oxyde de silicium soit traversée au moins partiellement 4 9 35 par le rayonnement, la dose absorbée variant entre 10 et 10 ra&s, suite à quoi on sollicite le transistor électriquement sans irradiation simultanée jusqu'à ce qué la température de la couche d'arrêt varie 5S et 25©26,?\£© eyel® oui ©©asiate è, bad original 70 03440 2 2029814 irradier le transistor pais à lai appliquer une tension électriçp® sans qu'il soit soumis simultanément à des radiations étant répété au moins euesre une fci Il est déjà connu que dans les transistors plascr 5 «b silieiua 18affaiblissement de 11 amplificatisa en eot&rcafit se produisait seas l'action à*un rayonnement ionisant peut être réparé partiellement ou entièrement dans de nombreux cas en soumettant le transister et notamment la jonction base-éaetiaur à une sollicitation électrique par le passage d*un courant direct» Ce fut 1ft cependant une surprise totale de voir qu'une répétition â® 19irra— diation et de la sollicitation par une tension électrique permettait non seulement de reconstituer 1*amplification en courant qui avait baissé sous 1*effet d'une prenière irradiation mais d'obtenir un accroissement substantiel de l'amplification en courant qui -(5 dépasse alors la valeur initiale obtenue avant la prenière irradiation* Cet effet est particulièrenent sensible pour de faibles courants de collecteur* Le terne d'amplification ou gain en coursât désigae chaque fois l*amplifi@ati@n statique on courant, c'est-à-dire le quotient obtenu en divisant le courant do collecteur par 20 1* courant de base, qui constitue la caractéristique principal» d'un transistor* Hors qu'en reeherehait jusqu'à présent à éviter dans la nesure du possible une irradiation des transistors afin de ne pas abaisser l'amplification en courant, en recherche désormais» 25 conformément au procédé de l'invention, une irradiation réfléchi» du transistor alternant avec une sollicitation électrique sans irradiation, afin d'en accroître ainsi l'amplification en courant* Simultanément on anéliore aussi la résistance aux rayonnements ou radiations des transistors« La preuve d'une résistance accrue doit 30 ttre vue dans le fait que l'amplification en. courant du transistor dininue après une irradiation conformément au, procédé de l'invention, la perte observée étant toutefois beaucoup plus faible que pour un transistor qui reçoit la même dose de rayonnement après àveir été soumis auparavant au procédé de l'invention® . 35 l'énergie du rayonnement utilisé dépend de l'épais seur de la couche superficielle en exyde de silicium du transistor et, lorsque l'irradiation se fait à l'intérieur d®un boîtier eu eapè-è fessé g. ils I® épaisseur du" cape- essai e»aai le -teaasiz^» BA* ORIGÎWAL 70 03440 3 2029814 tor proprement dito Conformément aux relations connues qui lient 1*énergie à la distance de rayonnement, il faudra choisir la quantité d*énergie suffisamment grande pour que la couche superficielle d'oxyde de silicium soit traversée au moins par une partie d« rayonnement* En procédant de cette façon, le rayonnement agira au moins approximativement de façon uniforme à l'intérieur de toute l'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium» La dose de rayonne- 4 9 ment absorbée doit se situer entre 10 et 10 rads, étant donné qu'une dose plus faible ne déclenche pas l'effet recherché par le procédé de l'invention alors qu'une dose plus forte conduit à des modifications irréversibles et peut provoquer éventuellement un endommageaient indésirable du transistor en entraînant des défauts dans le corps de silicium* On peut utiliser avantageusement une 6 8 dose de rayonnement variant entre 10 et 10 rads<> La sollicitation électrique sans irradiation simultanée dépend également' des caractéristiques électriques des transistors k traiter. La i, tension appliquée aux bornes du transistor doit ttre choisie de façon à produire dans la couche d'arrêt une température variant entre environ50 et 250*Co Lorsque la température de 50iC n'est pas atteinte dans la couche d'arrêt, l'effet recherché ne se produit pas alors que pour des températures supé^> rieures à 2501C le transistor peut ttre partiellement ou totalement détruit» La tènsion produisant la sollicitation électrique du transistor peut ttre choisie de façon à atteindre avantageusement dans la couche d'arrêt une température variant entre 80 et 1601Ç* Bans cette plage de température on obtient d'une part, un» "cicatrisation" rapide des blessures causées au transistor par l'irradiation alors que d'autre part, le transistor ne risque pas encore d'être détérioré par suite d'une température trop élevée. La durée des différentes sollicitations électriques sans irradiation dépend essostiellement des propriétés du transi'stor à traiter et de la température que doit atteindre la couche d'arrêt, et.elle peut varier entre environ 15 minutes et 2 jours» Dans un transistor planar au silicium la sollicitation électrique est obtenue en appliquant de préférence une tension directe entre l'émetteur et la base et une autre tension électrique entre l'émetteur et le collecteur ou bien entre la base et le collecteur* Les tensions peuvent être appliquées de sorte que 70 03440 4 1 la jonction, collecteur—base de type FN du transistor soit sollicitée dans le sens inverseo Le procédé conforme à l'invention convient tout particulièrement au traitement de transistors planar au silicium, 5 nais il peut ttre utilisé également pour des transistors au silicium à couche superficielle d'oxyde de silicium, par exemple des transistors à effet de champ du type MOS« L'invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemple décrit en se référant au dessin annexéo Sur le dessin t 10 1* figure 1 est une vue schématique d'un transis tor planar au silicium de type npn pendant la phase d'irradiation conforme au procédé de l'invention) la figure 2 est une vue schématique d'un transistor planar au silicium de type npn pendant la sollicitation élec-15 trique sans irradiation simultanée conformément au procédé de l'invention) la figure 3 représente sous forme de diagramme les valeurs moyennes déterminées pour l'amplification statique en courant de plusieurs transistors- planar au silicium similaires, d* 20 type npn, après les différentes opérations d'irradiation et de sollicitation électrique conformément au procédé de l'invention» Le transistor planar au silicium de type npn représenté sur la figure 1 comporte une zone d'émetteur 1 de type xl9 une zone de base 2 de type £ et une zone de collecteur 3 de type 25 £• L» zone d'émetteur 1 est pourvue d'un contact métallique 4, la zone de base 2 d'un comtact métallique annulaire 5 et la zone de collecteur 3 d'un contact métallique disciforme 6* Le e&té dm transistor comportant l'émetteur et la base est recouvert d'une couche isolante 7 en oxyde de silicium* 30 Au cours d'une première opération, on irradie la surface recouverte de la couche/en SiOjj du transistor avec des électrons accélérés par une tension électrique possédant une énergie d'environ 100 keV, symbolisée far des flèches 8, jusqu'à ce que la dose de rayonnement atteigne environ 10 rads<> L'énergie du rayon-35 nement est choisie de façon que la majeure partie du rayonnement pourrait traverser la couche 7 en Si0£ dont l'épaisseur moyenne est environ égale à 0,5 /u • Pendant l'irradiation, les contacts 4,5 et 6 sont court—circuités grftce aux canalisations électriques 9* Le bao original 70 03440 s 2029814 boîtier eu capot non représenté sue le dessin du transistor avait été ouvert pour les besoins de l'irradiation gai se fait sous vide® Après 1* irradiation? on procède à, la secoede opération, à savoir la sollicitation él«etriq»e du translater, en procédant 5 sous atmosphère d®azote sèche» le fcoîtieE1 étant toujours ouverte Pour solliciter électriquement le transistor, en utilise les sourcea de tension continue 1G et 11 représentées schématique^ent sur la figure 2 afin d'appliquer respectivement ane leasioe aux contacts 4, 5 et 6) on procède de façon que la jonction émetteur-base soit pola«= 10 risée dans le sens direct et qu®un courant collecteur Iq d'environ 0,3 A circule du collecteur 3 à lsémetteur 1 en passant par la base 2o La tension entre le contaet de collecteur 6 et le contact d*émet«» teur 4 est environ étal* à5,7 Y, alors que la itnsion entre le con«* tact d*émetteur 4 et le contact de base 5 est environ égale à 0,8 Y® 15 La jonction eollecteur«*base de' type pn est polarisée en inverse» Pour les valeurs précitées, on calcule une température d*environ 150&C pour la couche âferrftt séparant le collecteur de la base» Cette valeur de la -tempérât» est calculée h partir de la . puissance dissipée dans le transistor en f aisaut intervenir le eeef Après avoir sollicité le transistor pendant 1 heure par le passage d'un courant électrique, on répète l'opération d*ir-30 radiation décrite ci-dessus et pendant laquelle le transistor est exposé à un rayonnement d*électronso Suite à cette seconde opération d'irradiation, le transistor est sollicité une seconde fois par le passage d'un courant électrique tel que décrit ei-dessus» Le transistor est ensuite soumis à d'autres eycles d'opérations faisant al°» 35 terner une irradiation avec une sollicitation purement électrique» Après chaque opération d'irradiation ou de sollicita» tien électrique, on mesure l'amplification statique en courant 33 p«ur un courant collecteur de 10 t et-aao feasioa eellectetuf-baso BÂD nfcïÊlNAO 70 03440 6 2029814 de 2 Y* On choisît cette faible valeur du courant collecteur pour les mesures en raison du fait que l'influence d®une irradiation sur l'amplification en courant est observée de façon plus facile pour de faibles courants de collecteur» La moyenne de l'amplifie».» 5 tien en courant B, mesurée après différentes op^ratiens effectuées sus plusieurs transistors planar similaires aa silicium, de typs traités de 1® atae fa§«m, soat représentés sxss la figsre 3o Sus la figure 3$ ©a »•- porté «a ©rioanées l'amplifioatica ©a osa®âsi_ B st ©a abaciasos les différentes ©pérations affîeetâéasc Is* lettre 10 A désigne iaiikl des transistors avant la. nise o& «otrysTS da procédé coafor»® à i'iEWEiiBEj les référeaees h déo:l La figure 3 fait ressortir également la résistaa» ce amélioré* aux rayonnements des transistors. Al or «Qu'après la 30 première opération d'irradiation, c'est-à-dire à l'état , l'es— plification en courant descendait encore jusqu'à la valeur 5,3, ©a s'aperçoit, en regardant la figure 3, que l'amplification en eou*» rant ne tombe plus qu'à 7,8 environ après la cinquième opération d'irradiation, c'est-à-dire à l'état S^» L'amplification en C5B3?«at 35 après la cinquième opération d'irradiation est par conséquent égale à environ 1,5 fois l'amplification ea courant après la première opération d'irradiation* Le, G©3-MciJ,;Êt-i©a électrique sess tapot ouvert des bad original 70 03440 7 2029814 transistors ne doit pas nécessairement se faire sous atmosphère d*azote} il est également possible d'utiliser un autre gaz protecteur, par exemple de l'argon sec, ou encore de l'air» 11 est également possible de prévoir le procédé conforme à l'invention comme 5 opération terminale du processus de fabrication et de l'appliquer à des transistors mis sous capot étanche» Contrairement à ce qui vient d'être dit pour le mode de réalisation décrit à titre d'exemple, il est également possible de solliciter le transistor par 1* passage d'un courant électrique pendant l'opération d'irradiation» 10 Bans ces circonstances, il n'est pas nécessaire de supprimer la charge électrique sans irradiation simultané* au cours de la prochaine opération d'irradiation» C* qui importe est uniquement le fait qu'une phase irradiation alterne avec une phase de sollicitation électrique sans irradiation» 15 Le rayonnement d'électrons utilisé dans le pro cédé conforme à l'invention peut également être remplacé par une ir*> radiation aux rayons X ou gamma» Des doses de rayonnement égales produisent d'ailleurs des effets «imilaireso Enfin, il est également possible d*utiliser des radioisotopes comme source de rayonnement» 70 03440 M -■-f REVENDICATIONS 1« Procédé pour accroître l'amplification en courant et la résistance aux radiations de transistors au silicium à une couche superficielle d'oxyde de silicium, caractérisé par le fait qu'on 5 expose les transistors tout d'abord à un rayonnement ionisant constitué par des rayons X, des rayons gamma ou des électrons et possédant une énergie telle que la couche superficielle en oxyde de silicium soit traversée au moins par une partie du rayonnement) 4 9 la dose de rayonnement absorbée variant entre 10 et 10 x-ads, qu'on soumet ensuite ces transistors à une sollicitation électrique sans irradiation simultanée, la couche d'arrêt étant portée au cours de cette sollicitation électrique à une température variant entre 50 et 250SC et par le fait qu'on répète au moins encore une fois le cycle d'une irradiation suivie d'une sollicitation électrique 1,5 sans irradiations 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise une dose de rayonnement variant entre 10^ et 108 rads. 3. Procédé st&rant la revendication 1 ou 2 caractérisé 20 par le fait qu'on choisit la sollicitation électrique de façon que le passage du courant porte la couche d'arrêt à une tempéra» ture variant entre environ 80 et 16O*C0 4» Procédé suivant l'une quelconque revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la sollicitation électrique d'un' 25 transistor planar au silicium consiste à appliquer une tension électrique directe entre l'émetteur et la base et une autre tension électrique entre l'émetteur et le collecteur eu encore la base et le collecteur» 5o Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le 30 fait que la jonction collecteur-base de type pn est sollicitée en inverse.