基于光载流子辐射的离子注入半导体电输运参数深度轮廓重建技术

摘要

半导体工业中,离子注入技术作为一种新型的掺杂技术,克服了传统热扩散掺杂技术的缺点,具有高精度的剂量均匀性、加工温度低,重复性好等优点,已在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。为了控制和提高离子注入后半导体的质量,需要对注入离子剂量、离子能量、注入深度等工艺参数与半导体的电子输运参数(如载流子寿命和电扩散系数)的关系进行检测和监控。传统测量电子输运参数的方法主要有开路电压衰减法(OCVD),二次离子质谱分析法(SIMS)等,但这些方法存在测量时间长,接触式和非实时性。近年来,人们提出了一种具有无损,快速,灵敏度高等优点的光生载流子辐射测量技术(PCR)。该方法根据离子注入半导体的结构特性采用“等效均匀层”理论测量了离子注入半导体的“等效”电子输运参数,但还不能对离子注入半导体深度方向的不均匀电子输运参数进行有效的分析。
　　本文基于光生载流子辐射测量技术,针对离子注入半导体中沿深度方向的不均匀性,提出了一种离子注入半导体电子输运参数的深度轮廓重建技术,从理论和实验上进行了系统研究。在理论上,本文建立了一个适用于具有深度方向非均匀电子输运性质的光生载流子辐射测量的多层理论模型。将离子注入半导体中的不均匀部分等分为多层,使得本来连续变化的电输运参数在每一子层均可以看作是均匀不变的,通过理论推导得到了层与层之间的递推关系,最终光生载流子辐射(PCR)信号可表示为每一层PCR信号的叠加。通过数值模拟研究了模型的适用条件以及离子注入半导体中各个参数对PCR信号的影响。在实验中,对在不同剂量,不同能量状态下进行离子注入的系列硅半导体晶片进行了PCR信号测量。运用建立的多层理论模型对实验数据进行了多参数拟合,并利用得到的拟合参数值,成功重建了各晶片中的电子输运参数在不均匀部分的深度轮廓。

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第一章 引 言

1.1研究背景及意义

1.2本论文主要工作

第二章 光生载流子辐射(PCR)检测技术基础

2.1光热辐射(PTR)检测技术

2.2 光生载流子辐射（PCR）检测技术

第三章 离子注入半导体多层模型建立和数值模拟

3.1 理论模型

3.2 非均匀多层PCR信号理论

3.3 多层模型PCR信号振幅和相位的理论模拟

3.4 本章小结

第四章 PCR实验测量和电输运参数的深度轮廓重建

4.1 实验装置

4.2 实验过程和结果

4.3 拟合结果和扩散不均匀层电输运参数深度轮廓重建

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢