硼與輕氣體離子聯(lián)合注入單晶硅引起的損傷及其機理研究.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、進剝離機制進行了探討。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離子單獨或順次注入到單晶硅中,采用光學顯微鏡(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(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作用。
　　(2)借助于光學顯微鏡(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行了表面損傷及物理機制的嘗試性研究。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,當退火溫度達到400oC時,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離子擴散到B、H離子處。PAS結(jié)果更加詳細地提供