DE2235069B2

DE2235069B2 - PROCESS FOR IMPROVING THE RADIATION RESISTANCE OF SILICON TRANSISTORS WITH SILICON OXIDE TOP LAYER

Info

Publication number: DE2235069B2
Application number: DE19722235069
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Phys. 8520 Erlangen; UhI Dieter 8521 Uttenreuth Bäuerlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-07-18
Filing date: 1972-07-17
Publication date: 1976-05-20
Also published as: NL7307460A; GB1408063A; FR2193258A2; DE2235069A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Strahlungsresistenz von Siliziumtransistoren mit Siliziumoxid-Deckschicht, bei welchem ein Transistor oder eine Siliziumscheibe mit mehreren Transistorstrukturen einer Elektronenstrahlung mit einer Energie unterhalb von 150 keV und einer Dosis zwischen 10⁹ und 10ⁱⁿ rad an der Grenzschicht zwischen Silizium und Siliziumoxid-Deckschicht ausgesetzt, während der Bestrahlung auf einer Temperatur zwisehen 200 und 300° Cgehalten und nach der Bestrahlung wenigstens 10 Stunden lang getempert wird, nach Patent 2(135 703.The invention relates to a method for improving the radiation resistance of silicon transistors with a silicon oxide cover layer, in which a transistor or a silicon wafer with several transistor structures emits electron radiation with an energy below 150 keV and a dose between 10 ⁹ and 10 ⁱⁿ rad at the interface between silicon and silicon oxide cover layer, while the irradiation is kept at a temperature between 200 and 300 ° C and after the irradiation is annealed for at least 10 hours, according to Patent 2 (135 703.

Gegenstand des Hauptpatents 2035703 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Strahlungsresistenz von Siliziumtransistoren mit Siliziumoxid-Deckschicht, bei dem ein Transistor oder eine Siliziumscheibe mit mehreren Transistors'mkturen einer die Grenzschicht zwischen Silizium und Siliziumoxid-Deckschicht erreichenden Elektronenstrahlung ausgesetzt und erwärmt wird. Gemäß dem Vorschlag des Hauptpatents werden der Transistor oder dit Siliziumscheibe während der Bestrahlung mit Elektronen einer Energie unterhalb von 150 keV und einer Dosis an der Grenzschicht zwischen Silizium und Siliziumoxid-Deckschicht zwischen 10' und 10¹² rad auf einer Temperatur zwischen 150 und 450° C gehalten.The main patent 2035703 relates to a method for improving the radiation resistance of silicon transistors with a silicon oxide cover layer, in which a transistor or a silicon wafer with several transistor structures is exposed to electron radiation reaching the boundary layer between silicon and silicon oxide cover layer and heated. According to the proposal of the main patent, the transistor or the silicon wafer are exposed to electrons with an energy below 150 keV and a dose at the interface between silicon and silicon oxide cover layer between 10 'and 10 ¹² rad at a temperature between 150 and 450 ° C held.

Die Verbesserung der Strahlungsresistenz der Transistoren zeigt sich dabei insbesondere darin, daß die Stromverstärkung eines entsprechend behandelten Transistors bei einer Testbestrahlung mit einer überwiegend ionisierenden Strahlenart (Elektronen-, Röntgen-, y-Shahlung) nur auf einen Wert absinkt, der wesentlich größer ist als der Wert, auf den die Stromverstärkung des Transistors ohne Behandlung bei einer gleichen Testbestrahlung absinkt. Unter Stromverstärkung ist hierbei jeweils die statische Stromverstärkung, d.h. der Quotient aus Kollektorstrcm und Basisstrom, zu verstehen, der eine der wichtigsten Kenngrößen eines Transistors darstellt. Jedoch wird auch die Strahlungsresistenz des Transistors in bezug auf andere Kenngrößen, wie beispielsweise die Sperrströme und das thermische Rauschen, verbessert.The improvement in the radiation resistance of the transistors is particularly evident from the fact that the current gain of a correspondingly treated transistor in a test irradiation with a predominantly ionizing radiation type (electron, x-ray, y-radiation) only drops to a value, which is significantly greater than the value that the current gain of the transistor would reach without treatment decreases with the same test irradiation. In each case, the static amplification is under current amplification Current gain, i.e. the quotient of the collector current and base current, which is one of the most important parameters of a transistor. However, the radiation resistance of the transistor with respect to other parameters, such as for example reverse currents and thermal noise are improved.

Eine Erhöhung der Strahlungsresistenz ist vorzugsweise für Transistoren von Interesse, welche: in Erdsatelliten und anderen Raumfahrzeugen verwendet werden, die während ihres Einsatzes der Einwirkung von Partikel- und Quantenstrahlung, beispielsweise im Bereich des Strahlengürtels der Erde, ausgesetzt sind. Transistoren sind bei derartigen Einsätzen besonders gefährdet, da ihre elektrischen Kenndaten durch die unter Strahlungseinwirkung auftretende Ionisierung verändert werden. Insbesondere die Stromverstärkung der Transistoren kann unter Strahlungseinwirkung stark abnehmen. Ähnliche Verhältnisse können auch bei der Anwendung von Transistoren bei Teilchenbeschleunigern, Kernreaktoren, Röntgenanlagen und anderen Anlagen auftreten, bei denen ionisierende Strahlung entsteht. Um eine zu starke Funktionsminderung der mit den Transistoren bestückten Schaltungen zu verhindern, sollten die Transistoren daher eine möglichst hohe Strahlungsresistenz besitzen.An increase in the radiation resistance is preferably of interest for transistors, which: in earth satellites and other spacecraft used during their use of the impact exposed to particle and quantum radiation, for example in the area of the Earth's radiation belt are. Transistors are particularly at risk in such applications because of their electrical characteristics can be changed by the ionization occurring under the action of radiation. In particular the current gain the number of transistors can decrease significantly under the influence of radiation. Similar proportions can also apply to the use of transistors in particle accelerators, nuclear reactors, and X-ray systems and other systems that generate ionizing radiation. To be too strong The transistors should prevent functional impairment of the circuits equipped with the transistors therefore have the highest possible radiation resistance.

Als besonders vorteilhaft wurde im Hauptpatent unter anderem ferner vorgeschlagen, die Transistoren während der Bestrahlung nur auf eine Temperatur zwischen 150 und 300° C, vorzugsweise 200 bis 250° C, zu erhitzen, um bei der Bestrahlung die üblichen Transistorhalterungen und -anschlüsse verwenden zu können. Um auch in diesem niedrigen Temperaturbereich eine vollständige Ausheilung der Strahlungsschädigung zu erreichen, wurde weiter vorgeschlagen, gleichzeitig mit der Bestrahlung zwischen Emitter- und Basisanschluß und gegebenenfalls zusätzlich zwischen Kollektor- und Basisanschluß des Transistors eine elektrische Spannung in Durchlaßrichtung anzulegen. Diese Spannung soll möglichst hoch sein, jedoch sollen die höchstzulässigen Grenzwerte von Basis- und Kollektorstrom nicht überschritten werden. Weiterhin wurde in der HauptanmeldungThe main patent also proposed, among other things, the transistors as particularly advantageous during the irradiation only to a temperature between 150 and 300 ° C, preferably 200 to 250 ° C, in order to use the usual transistor holders and connections for the irradiation to be able to. To ensure complete healing of the radiation damage even in this low temperature range To achieve, it was further suggested to concurrently with the irradiation between Emitter and base connection and, if necessary, additionally between the collector and base connection of the Transistor to apply an electrical voltage in the forward direction. This tension should be as possible be high, but the maximum permissible limit values for base and collector current should not be exceeded will. Furthermore, in the main application

vorgeschlagen, die Transistoren oder Siliziumscheiben an Stelle einer gleichzeitig mit der Bestattung erfolgenden elektrischen Belastung nach der Bestrahlung wenigstens 10 Stunden lang zwischen 300 und 350° C zu tempern.proposed the transistors or silicon wafers instead of an electrical load occurring at the same time as the burial after the irradiation to anneal for at least 10 hours between 300 and 350 ° C.

Durch die im Hauptpatent vorgeschlagenen Maßnahmen wird eine erhebliche Erhöhung der Strahiungsresßtenz der behandelten Transist jren erreicht. Langzeitversuche haben nun aber gezeigt, daß die nach der Behandlung vorhandene Stromverstärkung der Transistoren im Laufe einer mehrmonatigen Lagerung der Transistoren zurückgeht, wobei aurh die Strahlungsresistenz etwas abnimmt. Trotz dieser Alterungserscheinungen ist die Strahlungsresistenz der nach dem im Hauptpatent vorgeschlagenen Verfahren behandelten Transistoren immer noch erheblich besser als die überhaupt nicht behandelter Transistoren.The measures proposed in the main patent result in a considerable increase in the radiation resistance the treated transistor reached jren. Long-term tests have now shown that the Current amplification of the transistors after the treatment over the course of several months of storage of the transistors decreases, whereby the radiation resistance also decreases somewhat. Despite these signs of aging is the radiation resistance of the method proposed in the main patent treated transistors were still considerably better than those of transistors that were not treated at all.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren nach dem Hauptpatent weiter zu verbessern und insbesondere so auszugestalten, daß Alterungserscheinungen auch bei langzeitiger Lagerung der Transistoren möglichst vermieden werden.The object of the invention is to further improve the method according to the main patent, and in particular to be designed so that signs of aging, even with long-term storage of the transistors, if possible be avoided.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren, bei welchem ein Transistor oder eine Siliziumscheibe mit mehreren Transistorstrukturen einer Elektronenstrahlung mit einer Energie unterhalb von 150 keV und einer Dosis zwischen 10⁹ und 10¹⁰ rad an der Grenzschicht zwischen Silizium und Siliziumoxid-Deckschicht ausgesetzt, während der Bestrahlung auf einer Temperatur zwischen 200 und 300° C gehalten und nach der Bestrahlung wenigstens 10 Stunden lang getempert wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Temperatur zwischen 200 und 300° C getempert und während des Temperns zwischen Emitter und Basisanschluß des Transistors bzw. der Transistorstrukturen eine elektrische Spannung von wenigstens 0,3 V in Durchlaßrichtung angelegt wird.This object is in the method mentioned at the beginning, in which a transistor or a silicon wafer with several transistor structures is ^{exposed to electron radiation with an energy below 150 keV and a dose between 10 9} and 10 ¹⁰ rad at the interface between silicon and silicon oxide cover layer, while the irradiation is kept at a temperature between 200 and 300 ° C and after the irradiation is tempered for at least 10 hours, according to the invention, that is tempered at a temperature between 200 and 300 ° C and during the tempering between the emitter and base terminal of the transistor or an electrical voltage of at least 0.3 V is applied in the forward direction to the transistor structures.

Für die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gerade die Kombination der verschiedenen Verfahrensmaßnahmen von besonderer Bedeutung. Die Wahl der Strahlungsdosis zwischen 10⁹ und 10¹⁰ rad ist wesentlich, weil bei Bestrahlungen mit weniger als 10⁹ rad die erreichbare Strahlungsresistenz erheblich zurückgeht, während bei einer Bestrahlung mit mehr als 10¹⁰ rad die vor der Bestrahlung vorhandenen Ausgangswerte der Stromverstärkung bei der weiteren Behandlung häufig nicht mehr erreicht werden können. Die Aufrechterhaltung einer Temperatur von 200 bis 300° C während der Bestrahlung führt ebenfalls zu einer besonders hohen Strahlungsresistenz. Nach einer Bestrahlung bei tieferen Temperaturen ist die Stromverstärkung nach einer Testbestrahlung noch zu niedrig, während sie infolge einer Bestrahlung bei T?mperaturen von mehr als 300° C ebenfalls wieder auf niedrigere Werte abfällt, als sie mit einer Bestrahlung bei Temperaturen von 200 und 300° C erreicht werden können. Das sich an die Bestrahlung anschließende, wenigstens 10 Stunden lange Tempern bei einer Temperatur zwischen 200 und 300° C unter gleichzeitiger elektrischer Belastung des Emitter-Basis-Übergangs in Durchlaßrichtung führt einmal bei Einhaltung der angegebenen Bestrahlungsbedingungen zu einer vollständigen Ausheilung der zunächst durch die Bestrahlung hervorgerufenen Abnahme der Stromverstärkung und zum anderen zu einer vollständigen Beseitigung der Alterungseffekte. Eine elektrische Spannung von wenigstens 0,3 V ist erforderlich, weil bei kleineren Spannungen noch keine vollständige Ausheilung erreicht wird. Die elektrische Spannung wird vorteilhaft noch höher als 0,3 V gewählt, jedoch soll der höchstzulässige Grenzwert des Basistromes nicht überschritten werden.The combination of the various process measures is of particular importance for the advantageous effects of the method according to the invention. The choice of the radiation dose between 10 ⁹ and 10 ¹⁰ rad is essential, because with irradiation with less than 10 ⁹ rad the achievable radiation resistance decreases considerably, while with an irradiation with more than 10 ¹⁰ rad the output values of the current amplification existing before the irradiation in the further one Treatment can often no longer be achieved. Maintaining a temperature of 200 to 300 ° C during the irradiation also leads to a particularly high level of radiation resistance. After irradiation at lower temperatures, the current gain after a test irradiation is still too low, while it also drops again to lower values as a result of irradiation at temperatures of more than 300 ° C than it does with irradiation at temperatures of 200 and 300 ° C can be achieved. The annealing after the irradiation for at least 10 hours at a temperature between 200 and 300 ° C with simultaneous electrical loading of the emitter-base transition in the forward direction leads to complete healing of the initially caused by the irradiation if the specified irradiation conditions are observed Decrease in the current gain and on the other hand to a complete elimination of the aging effects. An electrical voltage of at least 0.3 V is required because lower voltages do not yet allow complete healing. The electrical voltage is advantageously chosen to be higher than 0.3 V, but the maximum permissible limit value of the basic current should not be exceeded.

Durch zusätzliches Anlegen einer elektrischen Spannung von wenigstens 0,2 V in Durchlaßrichtung zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß desBy additionally applying an electrical voltage of at least 0.2 V in the forward direction between the collector and the base connection of the

»o Transistors bzw. der Transistorstruktur während des Temperns, wobei die höchstzulässigen Grenzwerte von Basis- und Kollektcrstrom ebenfalls nicht überschritten werden sollen, können zusätzlich die Eigenschaften des Kollektor-Basis-Übergangs, insbeson-»O transistor or the transistor structure during the Tempering, whereby the maximum permissible limit values for base and collector current are also not exceeded are to be, the properties of the collector-base transition, in particular

»5 dere die Durchbruchsspannung und der Sperrstrom, im Sinne einer Ausheilung der Strahlungsschäden günstig beeinflußt werden.»5 of which the breakdown voltage and the reverse current, in the sense of a healing of the radiation damage are favorably influenced.

Um auch bei stark streuenden Transistoreigenschaften auf jeden Fall Alterungserscheinungen zu vermeiden, wird vorzugsweise nach der Bestrahlung wenigstens 40 Stunden lang getempert.In order to avoid signs of aging in any case, even with heavily scattering transistor properties avoid, is preferably annealed for at least 40 hours after the irradiation.

Die Energie der bei der Bestrahlung anzuwendenden Elektronenstrahlung hängt von der Dicke der Siliziumoxid-Deckschicht des Transistors bzw. der SiIi-The energy of the electron radiation to be used for the irradiation depends on the thickness of the silicon oxide cover layer of the transistor or the SiIi-

^a5 ziumscheibe ab. Die Energie sollte dabei entsprechend der bekannten Energie-Reichweite-Beziehung so gewählt werden, daß die Elektronenstfahlung durch die Siliziumoxid-Deckschicht hindurch bis in die Grenzschicht zwischen Siliziumoxid-Deckschicht und Silizium eindringt. Elektronenstrahlung mit einer Energie von mehr als 150 keV ist nicht geeignet, da bei so hohen Energien Strahlungsschäden im Inneren des Siliziumkörpers des Transistors durch Verlagerung von Gitteratomen auftreten können. Mit Elektronenstrahlen einer Energie von weniger als 1 keV dürfte in der Regel die Siliziumoxid-Deckschicht nicht mehr zu durchdringen sein. ^a 5 zium disc. The energy should be selected in accordance with the known energy-range relationship so that the electron beam penetrates through the silicon oxide cover layer into the boundary layer between the silicon oxide cover layer and silicon. Electron radiation with an energy of more than 150 keV is not suitable, since at such high energies radiation damage can occur inside the silicon body of the transistor due to the displacement of lattice atoms. Electron beams with an energy of less than 1 keV should generally no longer be able to penetrate the silicon oxide cover layer.

An Hand einer Figur soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Die Figur zeigt die Stromverstärkung von Silizium-NPN-PIanartransistoren in Abhängigkeit vom Kollektorstrom vor und nach der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach Testbestrahlungen sowie die Stromverstärkung entsprechender Transistoren, die zu Vergleichszwecken anderen Behandlungen unterworfen wurden. Als Ausführungsbeispiel soll die Behandlung eines Silizium-NPN-Planartransistors näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail using a figure. The figure shows the current gain of silicon NPN planar transistors depending on the collector current before and after the treatment according to the method according to the invention and after test irradiations as well as the current amplification corresponding transistors, which were subjected to other treatments for comparison purposes. The treatment of a silicon NPN planar transistor is to be explained in more detail as an exemplary embodiment.

Der Transistor wurde zunächst mit geöffnetem Gehäuse bzw. ohne Kappe in eine heiz- und kühlbare Probenhalterung eingesetzt, die aus einer mit Löchern zum Einsetzen der Transistoren versehenen Kupferplatte bestand. Ein guter Wärmekontakt zwischen Transistor und Kupferplatte wurde dabei durch festes Andrücken der Grundplatte des Transistorgehäuses an die Kupferplatte gesichert. Die Kupferplatte wurde in den evakuierbaren Bestrahlungsraum eines Elektronenbeschleunigers eingebaut. Emitter-, Basis- und Kollektoranschluß wurden offengelassen.The transistor was initially opened with the case or inserted without a cap into a heatable and coolable sample holder, which consists of a with holes there was a copper plate provided for inserting the transistors. Good thermal contact between The transistor and copper plate were thereby firmly pressed against the base plate of the transistor housing secured to the copper plate. The copper plate was placed in the evacuable irradiation room of an electron accelerator built-in. The emitter, base and collector connections were left open.

Nach dem Evakuieren des Bestrahlungsraumes bis auf einen Restgasdruck von etwa 10~⁴ bis 10~⁵ Torr wurde der Transistor mit Elektronen einer Energie von etwa 25 keV und einer Strahlstromdichte von etwa 50 μΑ/cm² etwa 100 Sekunden lang bestrahlt, bis an der Grenzfläche zwischen Silizium und Siliziumoxid-Deckschicht eine Strahlungsdosis von etwa 5 · 10⁹ rad erreicht war. Die Bestrahlung erfolgte dabei durch die Siliziumoxid-Deckschicht hindurch. He-After evacuating the irradiation chamber to a residual gas pressure of about 10 ^-4 to 10 ^-5 Torr, the transistor with electrons of an energy of about 25 keV and a beam current density was ^cm2 about irradiated long of about 50 μΑ / 100 seconds, until at the interface a radiation dose of about 5 · 10 ⁹ rad was reached between silicon and silicon oxide cover layer. The irradiation took place through the silicon oxide cover layer. He-

um k^ V W VSaround k ^ V W VS

ren Dicke etwa 0,2 bis 0,5 μπι betrug. Während der Bestrahlung wurde der Transistor durch Heizen der Kupferplatte auf einer Temperatur von etwa 250° C gehalten. Nach der Bestrahlungsdauer von etwa 100 Sekunden wurde zunächst die Bestrahlung abgeschaltet. Dann wurde die Plattenheizung abgeschaltet und die Kupferplatte mit dem Transistor auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach der Bestrahlung wurde der Transistor in einer Vakuumkammer unter Vakuum mit einem Restgasdruck von etwa 10~⁴ bis 10~⁵ Torr etwa 50 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 250° C getempert, wobei gleichzeitig zwischen Basis- und Emitteranschluß und zwischen Basis- und Kollektoranschluß eine elektrische Spannung von etwa 0,7 V in Durchlaßrichtung angelegt wurde. Nach dem Tempern wurde der Transistor abgekühlt, gekapselt und die Kapsel mit einem möglichst trockenen Schutzgas, beispielsweise trockener Luft oder trockenem Stickstoff, gefüllt.Ren thickness was about 0.2 to 0.5 μm. During the irradiation, the transistor was kept at a temperature of about 250 ° C. by heating the copper plate. After the irradiation time of about 100 seconds, the irradiation was first switched off. The plate heating was then switched off and the copper plate with the transistor was cooled to room temperature. After the irradiation, the transistor was annealed in a vacuum chamber under vacuum with a residual gas pressure of about 10 ~ ⁴ to 10 ~ ⁵ Torr for about 50 hours at a temperature of about 250 ° C, simultaneously between the base and emitter connection and between the base and Collector terminal an electrical voltage of about 0.7 V was applied in the forward direction. After the tempering, the transistor was cooled, encapsulated and the capsule was filled with a protective gas that was as dry as possible, for example dry air or dry nitrogen.

Die verbesserte Strahlungsresistenz des so behandelten Transistors und die gegenüber dem Verfahren nach dem Hauptpatent erzielten Vorteile sind aus der Figur zu ersehen. In dieser Figur sind an der Ordinate die Stromverstärkung B und an der Abszisse der Kollektorstrom I_c in Ampere jeweils in logarithmischem Maßstab aufgetragen. Zur Ermittlung der Kurven 1 bis S wurde jeweils die Stromverstärkung eines Transistors bei verschiedenen Kollektorströmen gemessen.The improved radiation resistance of the transistor treated in this way and the advantages achieved over the method according to the main patent can be seen from the figure. In this figure, the current gain B is plotted on the ordinate and the collector current I _c in amperes is plotted on the abscissa, in each case on a logarithmic scale. To determine curves 1 to S, the current gain of a transistor was measured at different collector currents.

Vor der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprach die Stromverstärkung des Transistors der Kurve 1. Ein nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelter gleichartiger Transistor wurde zu Vergleichszwecken mit einer Testdosis von 10⁷ rad bestrahlt. Die Testbestrahlung erfolgte in dem hier beschriebenen Beispiel ohne elektrische Beanspruchung der Prüfmuster. Die Stromverstärkung sank dabei von der vor der Bestrahlung gültigen Kurve 1 auf die W<jrte der Kurve 2 ab.Before the treatment according to the method according to the invention, the current gain of the transistor corresponded to curve 1. A similar transistor not treated according to the method according to the invention was irradiated ^{with a test dose of 10 7 rad for comparison purposes.} In the example described here, the test irradiation took place without electrical stress on the test samples. The current gain decreased from curve 1, which was valid before the irradiation, to the value of curve 2.

Der nach dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelte Transistor hatte nach der Behandlung, also nach dem Tempern, eine Stromverstärkung, die wiederum der Kurve 1 entsprach. Durch die Behandlung wird also die ursprünglich vorhandene Stromverstärkung nicht verschlechtert. Auch dieser Transistor wurde nun einer Testbestrahlung mit Elektronen einer Dosis von 10⁷ rad unterzogen. Die Stromverstärkung sank dabei nur auf die Werte der Kurve 3 ab, war also insbesondere im Bereich kleiner Kollektorströme zwischen 10~⁷ und 10~⁵ Ampere um mehr als den Faktor 10 höher als die durch Kurve 2 gegebene Stromverstärkung des unbenandelten Transistors nach der gleichen Testbestrahlung.The transistor treated according to the exemplary embodiment of the method according to the invention explained above had a current gain after the treatment, that is to say after the tempering, which in turn corresponded to curve 1. The treatment does not impair the current amplification that was originally present. This transistor, too, has now been subjected to a test irradiation with electrons at a dose of 10 ⁷ rad. The current gain only decreased to the values of curve 3, i.e. was more than a factor of 10 higher than the current gain of the untreated transistor given by curve 2 after the same test irradiation ^{, especially in the range of small collector currents between 10 ~ 7} and 10 ~ ^{5 amperes} .

Auch nach mehr als sechsmonatiger Lagerung bei Raumtemperatur zeigen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Transistoren keine Veränderungen ihrer Kenndaten. Die Stromverstärkung entspricht auch nach dieser Lagerzeit bei Transistoren des entsprechenden Typs den Werten der Kurve 1 und nimmt nach der erwähnten Testbestrahlung lediglich auf die Werte der Kurve 3 ab.Even after more than six months of storage at room temperature, those according to the invention show Processes treated transistors with no changes in their characteristics. The current gain corresponds to the values of for transistors of the corresponding type even after this storage time Curve 1 and decreases after the mentioned test irradiation only depends on the values of curve 3.

Silizium-NPN-Transistoren des gleichen Typs, die gemäß dem Hauptpatent zunächst einer Elektronenstrahlung mit einer Energie von 25 keV und einer Dosis von etwa 10¹⁰ rad ausgesetzt, während der Bestrahlung auf einer Temperatur zwischen 200 und 250° C gehalten wurden und bei denen gleichzeitig zwischen Emitter-Basis-Anschluß und zwischen Kollektor-Basis-Anschluß jeweils eine elektrische Spannung von etwa 0,7 V in Durchlaßrichtung angelegt worden war, zeigten demgegenüber 2unächst ebenfalls eine Stromverstärkung, die nach de r erwähnten Behandlung etwa der Kurve 1 entsprach und nach der Testbestrahlung etwa auf die Kurve 3 absank. Nach einer dreimonatigen Lagerung bei Raumtemperatur entsprach jedoch die Stromverstärkung dieser Transistoren nur noch den Werten der Kurve 4 und sank nach einer entsprechenden Testbestrahlung mit Elektronen eineir Dosis von 10⁷ rad auf die Werte der Kurve 5 ab. Die Werte dieser Kurve 5 liegen zwar noch erheblich über den Werten der Kurve 2, aber doch auch beträchtlich unter denen der Kurve 3. Aus einem Vergleich der Kur-Silicon NPN transistors of the same type, which, according to the main patent, were initially ^{exposed to electron radiation with an energy of 25 keV and a dose of about 10 10} rad, while the radiation was kept at a temperature between 200 and 250 ° C and at the same time Between the emitter-base connection and between the collector-base connection an electrical voltage of about 0.7 V was applied in the forward direction, on the other hand, they also showed a current gain which, after the treatment mentioned, roughly corresponded to curve 1 and after the Test irradiation dropped approximately to curve 3. After three months of storage at room temperature, however, the current gain of these transistors only corresponded to the values in curve 4 and fell to the values in curve 5 ^{after a corresponding test irradiation with electrons at a dose of 10 7 rad.} The values of this curve 5 are still considerably above the values of curve 2, but also considerably below those of curve 3. From a comparison of the curve

is ven 1 und 3 mit den Kurven 4 und 5 geht somit klar hervor, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die Stabilität der Strom verstärkung und der Strahlungsresistenz der behandelten Transistoren gegen Alterungserscheinungen gegenüber dem Verfahrenis ven 1 and 3 with the curves 4 and 5 is therefore clear show that by the inventive method the stability of the current amplification and the radiation resistance of the treated transistors against signs of aging compared to the process

»ο nach dem Hauptpaten) noch erheblich verbessert wird.»Ο after the main sponsor) still considerably improved will.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die elektrische Belastung der Transistoren nicht schon während der Be-Another advantage results from the fact that in the method according to the invention the electrical load of the transistors not already during

»5 strahlung, sondern erst ivährend des anschließenden Temperns vorgesehen ist. Es entfallen somit die elektrischen Durchführungen an der Bestrahlungskammer, wodurch sich dieser Verfahrensschritt wesentlich vereinfacht. Auch lassen sich ohne wesentlichen»5 radiation, but only during the subsequent one Annealing is provided. This eliminates the need for electrical feedthroughs on the irradiation chamber, which significantly simplifies this process step. Also can be without essential

3<J Mehraufwand eine größere Anzahl von Transistoren gleichzeitig bestrahlen.3 <J additional effort a larger number of transistors irradiate at the same time.

Die Kurven 1 bis 5 betreffen nicht nur Messungen an einzelnen Transistoren, sondern wurden durch Untersuchungen an einer Vielzahl von Transistoren bestätigt. Versuche an PNP-Silizium-Planartransmtoren lieferten ähnliche Ergebnisse wie die Versuche an den NPN-Silizium-Planartrarisistoren.Curves 1 to 5 relate not only to measurements on individual transistors, but have also been confirmed by tests on a large number of transistors. Tests on PNP silicon planar transmitters gave results similar to those on the NPN silicon planar transistors.

Da der Einfluß von Feuchtigkeit auf die Trarmistoroberfläche, wie Versuche gezeigt haben, insbesondere während der Temperbeliandlung und der anschließenden Lagerung zu einer Verschlechterung der Strahlungsresistenz des Transistors führen kann, empfiehlt es sich, sowohl die Bestrahlung als auch die Temperbehandlung unter Vakuum, vorzugsweise mitSince the influence of moisture on the Trarmistor surface, as tests have shown, especially during the tempering treatment and the subsequent Storage can lead to a deterioration in the radiation resistance of the transistor, it is recommended that both the irradiation and the tempering treatment under vacuum, preferably with

einem Restgasdruck von IO~⁴ bis 10"⁵ Torr oder weniger, oder unter trockenem Schutzgas, beispielsweise getrocknetem Stickstoff, vorzunehmen. Weiterhin ist es aus dem gleichen Gruide vorteilhaft, den Transistor möglichst bald nach dem Tempern mit einer Kapsei zu versehen und diese mit sorgfältig getrocknetem Schutzgas zu füllen oder zu evakuieren. Eine ähnliche Schutzwirkung kann auch durch eine Lack- oder Kunststoffbedeckung, beispielsweise mit Siliconharzlack oder Polyimid, vor der Verkapselung oder durch Umhüllen des Transistor kristalle mit einem wsisserdampfabweisenden Kunststoff, beispielsweise Siliconharz, erzielt werden. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, daß der Transistor bereits nach der Bestrahlung mit einer Kapsel versehen und diese mit trockenem Schutzgas gefüllt oder evakuiert wird. Für die anschließende Temperbehandlurig ist dann keine Vakuumappai atur erforderlich. Vielmehr kann die Temperbehandlu ng in einem normalen Ofen erfolgen, da sich der Transistor bereits innerhalb der Kapsel unter trockenem .!Schutzgas befindet. Ferner wird dadurch die elektrische Belastung des Transistors während des Temperas erheblich vereinfacht, da es nicht erforderlich ist, die entsprechenden Anschlüssea residual gas pressure of ^{10 ~ 4} to 10 " ⁵ Torr or less, or under dry protective gas, for example dried nitrogen. Furthermore, for the same reason, it is advantageous to provide the transistor with a capsule as soon as possible after tempering and to carefully cover it A similar protective effect can also be achieved by a lacquer or plastic covering, for example with silicone resin lacquer or polyimide, before encapsulation or by enveloping the transistor crystals with a white vapor-repellent plastic, for example silicone resin. Another advantageous possibility consists in that the transistor is already provided with a capsule after the irradiation and this is filled with dry protective gas or evacuated. No vacuum apparatus is then required for the subsequent tempering treatment. The tempering treatment can rather take place in a normal oven, since the Trans istor is already under dry protective gas inside the capsule. Furthermore, this considerably simplifies the electrical load on the transistor during the temperature, since it is not necessary to make the corresponding connections

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vakuumdicht in die Tempervorrichtung einzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Behandlung von einzelnen Silizium-Planartransistoren, sondern auch zur Behandlung von Siliziumscheiben, die eine Vielzahl von Transistorstrukturen enthalten. Falls, die Siliziumscheiben zerteilt und zu einer Vielzahl von Transistoren weiterverarbeitet werden sollen und die Transistorstrukturen innerhalb der Siliziumscheiben noch nicht mit entsprechenden Emitter-Basis- und Kollektoranschlüssen versehen sind, können beispielsweise die Siliziumscheiben zunächst ohne Anschlüsse der Bestrahlung unterzogen und anschließend in einzelne Transistoren zerteilt werden. Diese können dann nach dem Aufbau aufto be introduced vacuum-tight into the tempering device. The method according to the invention is not suitable only for the treatment of individual silicon planar transistors, but also for the treatment of silicon wafers, containing a variety of transistor structures. If so, cut the silicon wafers and to be processed into a multitude of transistors and the transistor structures within The silicon wafers have not yet been provided with the corresponding emitter base and collector connections are, for example, the silicon wafers can initially be subjected to irradiation without connections and then divided into individual transistors. These can then be used after building up

dem Gehäuseboden und der Kontaktierung der Temperbehandlung bei gleichzeitiger elektrischer Belastung unterzogen werden. Bei der Aufbringung auf den Gehäuseboden und der Kontaktierung sollten die Transistoren jedoch möglichst nicht wesentlich über 300° C hinaus erhitzt werden. Enthält dagegen die Siliziumscheibe einen integrierten Schaltkreis und handelt es sich bei den Transistorstrukturen um die Transistoren eines solchen Schaltkreises, so werdenthe housing bottom and the contacting of the tempering treatment with simultaneous electrical load be subjected. When applying to the housing base and making contact, the However, if possible, transistors are not heated significantly above 300 ° C. Contains the Silicon wafer is an integrated circuit and the transistor structures are the Transistors of such a circuit, so will

ίο die Transistorstrukturen in der Regel vor der Bestrahlungsbehandlung entsprechend kontaktiert und können daher während der anschließenden Temperbehandlung der Siliziumscheibe ohne weiteres elektrisch belastet werden.ίο the transistor structures usually before the radiation treatment contacted accordingly and can therefore during the subsequent tempering treatment the silicon wafer are easily electrically loaded.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

«W 521/238«W 521/238

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Claims

22 35 06S claims:

1. A method for improving the radiation resistance of silicon transistors with a silicon oxide cover layer, in which a transistor or a silicon wafer with several transistor structures is electron beam with an energy below 150 keV and a dose between 10 ⁹ and 10 ° rad at the boundary layer » > Exposed between silicon and silicon oxide cover layer, kept at a temperature between 200 and 300 ° C during the irradiation and after the irradiation is annealed for at least 10 hours according to patent 2035703, da- "· 5 characterized in that at a temperature between 200 and 300 ° C. and an electrical voltage of at least 0.3 V is applied in the forward direction between the emitter and base connection of the transistor or the transistor structures during the tempering.

2. The method according to claim 1, characterized in that additionally during the tempera between the collector and base connection of the transistor or the transistor structures an as electrical voltage of at least 0.3 V is applied in the forward direction.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least 40 hours is tempered.

4. Verfaliren according to any one of claims 1 to

3, characterized in that irradiation and tempering treatment under vacuum or dry Protective gas take place.

5. The method according to any one of claims 1 to

4, characterized in that the transistor is provided with a capsule after annealing and the capsule is filled with dry protective gas or evacuated.

6. Verfaliren according to one of claims 1 to * o

4, characterized in that the transistor is encased with plastic after tempering.

7. The method according to any one of claims 1 to

5, characterized in that the transistor crystal has a lacquer or plastic cover before encapsulation receives.

8. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the transistor is already after the irradiation provided with a capsule and the capsule filled with dry protective gas or is evacuated.