硼與輕氣體離子聯(lián)合注入單晶硅引起的損傷及其機(jī)理研究.pdf

1、智能剝離技術(shù)是生產(chǎn)SOI器件的主流技術(shù),自第一次被M.Bruel報(bào)道以來,此技術(shù)就引起人們不斷關(guān)注。智能剝離技術(shù)主要基于氣體離子注入和硅片鍵合,它所需要的高劑量和熱處理溫度限制了它的商業(yè)化發(fā)展。研究表明,氣體離子聯(lián)合注入單晶硅可有效降低剝離所需劑量和熱處理溫度。本論文采用H離子單獨(dú)注入或B和H離子順次注入單晶硅材料,借助于多種表征手段,詳細(xì)研究了注入樣品的表面損傷形貌和內(nèi)部微觀缺陷以及它們隨退火溫度的演變規(guī)律,并對B、H離子順次注入的促

2、進(jìn)剝離機(jī)制進(jìn)行了探討。此外,論文還采用He、B、H三種離子順次注入單晶硅材料,考察了注入樣品的表面損傷形貌和內(nèi)部缺陷的熱演變過程。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)室溫下將130keV、5×1014cm-2的B離子和55keV、1×1016cm-2的H離子單獨(dú)或順次注入到單晶硅中,采用光學(xué)顯微鏡(OM)、正電子湮沒技術(shù)(PAS)和透射電子顯微鏡(TEM)研究了離子注入所引起的微觀缺陷的產(chǎn)生及其熱演變。TEM觀測結(jié)果顯示,B和H離

3、子順次注入可有效減少(111)取向的H板層缺陷,并促進(jìn)(100)取向的H板層缺陷的擇優(yōu)生長。PAS觀測結(jié)果顯示,在順次注入的樣品中,B離子平均射程處保留了大量的空位型缺陷。以上結(jié)果表明,B離子本身及B離子注入所產(chǎn)生的空位型缺陷對板層缺陷的生長起到了促進(jìn)作用。
　　(2)借助于光學(xué)顯微鏡(OM)、原子力顯微鏡(AFM)和正電子湮沒技術(shù)(PAS),對He、B、H離子順次注入的單晶硅樣品進(jìn)行了表面損傷及物理機(jī)制的嘗試性研究。三種離子的能

4、量分別為60keV、130keV和40keV,劑量分別為1×1016cm-2、5×1014cm-2和2×1016cm-2。OM結(jié)果顯示,退火溫度在400oC以下,He的增壓作用不明顯,當(dāng)退火溫度達(dá)到400oC時(shí),相對于B和H離子順次注入的樣品,He、B、H三種離子順次注入的樣品表面發(fā)泡和剝離坑的數(shù)量迅速增加。AFM觀測結(jié)果顯示,經(jīng)450oC退火,兩種樣品的剝離坑深度基本一致,說明大量的He離子擴(kuò)散到B、H離子處。PAS結(jié)果更加詳細(xì)地提供