离子注入损伤补偿方法的研究.pdfVIP

四川省电子学会电子测量与仪器专委会第十一届学术年会论文集 离子注入损伤补偿方法研究 (中国工程物理研究院五所张莉宋献才) 摘要：文简述了离子注入、离子注入损伤及损伤补偿的基本原理和实现的工艺方法，并对采用真空退 火系统完成离子注入损伤补偿的结果进行了测试和分析。 关键词：予注入注入损伤 真空退火 1前言 离子注入是利用某些杂质(如硼、磷)的原子，被电离后成为带电的杂质离子，然后用强电场 加速使这些离子具有很高能量(约几万到几十万电子伏特)，并使其直接轰击半导体材料，当离子 进入半导体材料时，由于受到其原子的阻挡而停留在半导体材料体内，并形成一定的杂质分布，达 到改变半导体的载流子浓度和导电类型的目的。应用离子注入技术进行掺杂能够精确控制离子的掺 杂浓度分布、直接性强、加工温度低，在操作上有一定的灵活性且易于控制，因此被广泛应用和发 展迅速。但离子注入损伤直接影响到半导体器件的电性能，它使得P-N结反向漏电流增大，器件噪 声增高，非平衡少数载流子的寿命和迁移率急剧地下降，随着半导体器件的灵敏面积不断增大，对 灵敏度的要求不断提高，研究实现大面积探测器芯片的离子注入损伤补偿方法具有一定的现实意义。 2离子注入损伤及损伤补偿原理 离子注入是利用高能的离子束轰击硅材料而进入硅体内，高能离子入射到硅材料中使得一部分 硅原子离开了原来的位置，而进入硅中的杂质离子又不是正好处在原来硅原子的位置上，通常把处 于这种状态的注入区域称为晶格损伤区。 I 。。。。。。。。／。。。。。。0 O 0 0／ 0 O O 。 。 。 a N晦盱 。／。 。 。 二燃 书视燃 匦离阳久勰附发搁槽例醐微螺 334 离子注入损伤补偿方法研究 图1比较直观的描绘了离子注入过程中，不仅外来离子进入固体后改变固体的性质，而且离子 与固体内的原子发生碰撞，在碰撞过程中，离子本身的能量传递给固体内的原子，把能量淀积在固 体内，离子淀积的能量使固体内的原子发生位移，假如这些位移的原子从粒子上获得的能量超过固 体内原子的位移能量，则又可进一步与其它的原子碰撞(反冲碰撞)，引起其它原子位移，形成一 种类似焰火的级联过程，在离子轨迹周围产生无序区。要使这部分受损的晶体恢复到原来状态，通 常是在氮气保护下，使硅片在一定的温度下保持一段时间，从而使晶格损伤区的晶体复原，这就是 所谓的“退火。退火除了有消除微观损伤区的作用外，还有一个重要的作用，就是使那些注入硅 中的硼或磷离子替代硅原子的位置而成为电活性杂质离子，从而起到受主和施主作用。 3退火试验方法 在离子注入法中，退火温度高低与离子注入能量有关，对于1014个离子／厘米2的注入剂量，硅 片的退火温度约为350℃～500℃。而对于注入剂量大于lO”个离子／厘米2的掺杂，硅片的‘‘退火’’ 温度在700℃～950℃范围内。现介绍一种利用真空退火消除离子注入损伤的方法。 3．1真空退火装置 1真空室 2．保温管 3．恒温区 4．退火芯片 恒温装置 5石英舟 6加热器