He離子注入單晶硅空腔生長及He熱釋放研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，迫切需要高性能的半導(dǎo)體材料和器件。離子注入作為一種重要的技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體材料及其器件制作工藝中。早期的離子注入主要用于材料改性、產(chǎn)生p-n結(jié)等。近年來人們發(fā)現(xiàn)高劑量的輕氣體離子注入半導(dǎo)體材料中經(jīng)過退火以后可以形成空腔，這些空腔具有捕獲金屬雜質(zhì)，控制少數(shù)帶電載流子壽命等一系列對半導(dǎo)體材料有益的性質(zhì)。由此，關(guān)于He或H離子注入半導(dǎo)體材料中研究空腔生長及其應(yīng)用逐漸受到人們的關(guān)注。 在本工作中，我們采

2、用了能量為40 keV、劑量為5×1016 ions/cm2的He離子來注入兩類Si樣品，一是CZ n型單晶Si，二是相同的Si上面生長了一層厚度約為220 nm的SiO2層。分別采用了透射電子顯微鏡(TEM)、熱解析譜儀(THDS)、光致發(fā)光譜儀(PL)詳細(xì)研究了熱處理過程中He注入空腔的形成、He氣體原子的熱釋放以及注入引起的光致發(fā)光特性，同時(shí)還研究了表面氧化層對空腔生長和He原子熱釋放引起的效應(yīng)。XTEM結(jié)果表明，He離子注入及隨

3、后的800℃退火會(huì)在單晶Si中產(chǎn)生寬度為220 nm的空腔帶，同時(shí)伴隨著He氣體原子從注入產(chǎn)生的缺陷中釋放出來?？涨粠е械目涨怀叽缰饕植荚?-25 nm，其平均尺寸約為11 nm。然而，表面氧化層的存在會(huì)明顯的抑制Si中空腔的生長，導(dǎo)致了空腔帶寬度收縮，這種抑制作用主要發(fā)生在靠近SiO2/Si界面區(qū)域中。 THDS結(jié)果顯示，注入Si中He氣體原子的熱釋放明顯分為兩個(gè)階段，一是低溫弱釋放，峰溫約為900K，二是高溫強(qiáng)釋放，峰溫約