氦氢离子联合注入硅基材料引起的表面剥离及机理研究-凝聚态物理专业论文.docxVIP

中文摘要 /rj智能剥离技术最早是由日rueI 提出来的，由于该技术能够制备高质量的 SOI 材料，所以高剂量的轻气体离子注入硅材料研究表面剥离及其注入层转移引 起了人们的广泛关注。本论文采用轻气体离子 He 和 H 联合注入到两种不同硅基 材料中，通过扫描电子显微镜 (SEM) 和服子力显微镜 (AFM)，详细地研究了注 入及混火后样品表面损伤产生及热演变规律，借助于横截闹试样的透射电子显微 镜 (XTEM) 对微观缺陷的形成进行了研究，井对损伤产生的微观机理进行了探 / r j (1)将能量为 40 keV 、剂最为5xl016cm-2 的 He 离子和能最为 35 keV 、剂 最为 lxl016cm-2 的 H 离子依次推入表即生长一层约 220nm 摩氧化层的单晶硅。 随后对注入样品进行一系列温度的退火处理，范围是 400.C 到 1000C 。采用扫描 电子显微镜 (SEM)、原子力显微镜(AFM) 以及横截面试样的透射电子显微镜 (XTEM) 对退火后的样品进行表团形貌及结构缺陷进行观测分析。实验结果表 明，在 500.C 及其以上温度退火后样品的表面产生了发泡和局部剥离现象。经过 测量，剥离发生在距样品表团约 420nm 的区域。通过 X四M ，观测到在高温退 火后氮氮离子联合作用下产生的各种微观结构缺陷，如空腔、板状缺陷、纳米级 和微米级的裂隙以及各种位错。结果显示，板状缺陷和裂隙主要分布在距样品表 面约 420nm 处，这些缺陷是样品表面损伤现象产生的原因。 。)将能量为40 keV 、剂量为5xl016cm-2 的He离子和能最为 35 keV 、剂量 分别为 lxl015cm-2 、如1015cm-2和1xl016cm号的H离子依次注入表面生长一层约 170 m厚氟化层的单晶硅。随后对注入样品进行一系列温度的退火处理，范围是 400.C 到800C 。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM) 以及横截 面试样的透射电子显微镜 (XTEM) ，对退火后样品表固损伤和微观缺陷的形成 及热演变进行了观测分析。实验结果表明，样品的表面损伤依赖于附加注入的氢 离子剂量。注入氢离子剂量为 1x 1016cm-2时，i恳火后观测到了明显的表团发泡和 周部剥离现象，井且发现剥离区域有明显的分层现象，分别对应予表面氮化硅层 15 2 ‘ 和界面下注入硅层的剥离。然而，注入银离子剂最为 5x10 cm- 时， j恳火800.C ‘jl后只观测到表面氮化磁层的剥离。对于注入氢离子剂量为 lxl015cm-2 ‘jl 到迫火800.C 后仍没有产生表面损伤现象。对于高剂蠢的氮离子注入，样品表面 剥离程度随着退火温度的升高而逐渐增大，到 600.C 时达到稳定状态。通过 XTEM ，观测到硅基底内部以及界丽处形成的裂隙，它们是导致样品表面形貌产 生的原因。基于X丁EM的结果，探讨了微裂隙的形成机制，并对样品表面形貌对 注入氧剂量的依赖性进行了讨论。 关键词z 含表面氧化层戚氮化层的单晶破，氮氮离子联合注入，表面发泡，局 部剥离，氧的板状缺陷，微裂隙 4‘ ‘ 品、 电‘ ABSTRACT The invention of the ‘sma川心圳， process by Bruel has spurred increasing attention on high dose light gas ions implantation into Si-based materials ，owing ω the ability to fabricate high quality silicon-on insulator (SOI) wafers. In this work， two kinds of Si-based materials were implanted by He and H ions singly or successively. 、‘ ηle formation and thermal evolution ofthe surface damage as well as micro-defects have been studied in detail by using various techniques ，such 制 scanning electron 电 microscopy (SEM)，atomic force microsωpy (AFM) and cross-sectional transimission electron microscopy (XTEM). The possible me