中国科学院上海微系统与信息技术研究所硕士学位论文复合离子注入形成SOI结构及其结构和性能的研究姓名：易万兵申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：王曦;陈猛20030701摘要S O I ( S i l i c o nO nI n s u l a t o r ) 技术在军用、航天和商业领域都已取得突破性进展，但仍然存在一些问题本论文主要研究氢氧共注入以降低S I M O XS O l 圆片生产成本，和氮氧共注入形成新结构以提高抗总剂量辐照性能实验发现S I M O XS O l 圆片的制各过程中引入氢离子，样品结构会产生比较大的变化氢致缺陷的存在使成核速率变大，氢的存在加速氧的扩散速率，使得退火时氧的内扩散和外扩散同时增强，并促进氧沉淀的生长，从而导致埋层增厚室温氢离子注入比高温注入增厚效应明显实验中，我们得到了增厚1 0 ％的连续埋层，质量良好加大氢离子注入剂量后，由于未相应调整退火工艺，样品埋层因退火不充分形成了一个增厚幅度从2 8 ％到1 6 1 ％的分布极广的富氧区域，埋层不连续氢的不同剂量能量搭配对富氧埋层的分布和形貌都有影响进一步适当调整注入条件和退火工艺，有希望得到具有可观增厚致密连续埋层的材料，这对降低生产成本有重要意义。
采用氮氧共注入形成新型S I M O NS O l 材料通过大量不同注入条件和退火工艺的制备和测试分析，发现S I M O N 材料的结构对注入条件和退火工艺非常敏感，并找到了比较好的注入能量、剂量搭配以制备高质量的S I M O N 材料；氮、氧均有在界面处富集的趋势；对各种氮氧复合注入技术作了初步分析和比较，倾向采用注氧．退火．注氮．退火的制各方法从抗辐射原理出发认为S I M O N 同S I M O X 一样具有天然的抗瞬态剂量率效应和抗S E U 效应能力对低剂量S I M O X 圆片进行了抗总剂量辐照的实验发现辐射对器件的漏源电流特性、转移特性和亚闽值漏电特性等电学性能影响很小实验结果说明低剂量S I M O X 圆片已经能初步用于抗辐射M O S 器件的实际制作，对S I M O N 材料进行了抗总剂量辐照的实验，并与S I M O X 材料进行对比发现S I M O N 材料具有更优良的抗总剂量辐照能力S I M O N 材料的优良抗总剂量辐照能力的主要原因是存在于埋层内部的大量断键S I M O N 材料具有全面的抗各种辐射的优良能力，同时又具有S O I 材料的各种优点，生产基本兼容于S 1 M O X 材料，具有广阔应用前景。
S O I ，S I M O N ，H y d r o g e n ，N i t r o g e n ，T 0 t a l - D o s ee f f e c t ，I r r a d i a t i o n些! ! ! ! 匹A B S T R A C TN o w a d a y s ，S 0 1 ( S i l i c o nO nI n s u l m o r ) t e c h n o l o g yh a sb e e ng r e a t l yp u tf o r w a r di na r e a so fm i l i t a r ys p e c i f i c a t i o nI C ，s p a c et e c h n o l o g ya n dc o m m e r c i a lp r o d u c t sB u tt h e r ea r es t i l ls o m ep r o b l e m ss u c ha sT o t a l - d o s ee f f e c t ．T h i st h e s i sm a i n l yc o m p r i s e st w oa s p e c t s ：c o —i m p l a n t a t i o no fo x y g e na n dh y d r o g e nt or e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s t so fS I M O XS O lw a f e r sa n dC O - i m p l a n t a t i o no fo x y g e na n dn i t r o g e nt oi m p r o v et h ea b i l i t yo f T o t a l - d o s er a d i a t i o nh a r d e n ．I no u re x p e r i m e n t s ，i tw a sf o u n dt h a ti n d u c i n gh y d r o g e ni o n si nt h eS I M O Xf a b r i c a t i n gp r o c e s sw i l ll e a d sg r e a tt r a n s f o r m a t i o no ft h em a c r o s t r u c t u r eT h ei m p l a n t e dh y d r o g e nh e l p st h eo x y g e na t o m sf r o mt h ea n n e a l i n ga m b i e n c et od i f f u s ei n w a r da n di n d u c e sag o o df e wo x y g e na t o m si nt h eB O Xl a y e rd i f f u s i n go u t w a r d ，l e a d i n gt oag r e a t l yb r o a d e n e db u r i e do x y g e n —r i c h ( B O R ) l a y e rc o m p a r e dw i t ht h eB O Xl a y e ro f t y p i c a lS I M O XS 0 1w a f e r sw i t ht h es a m ef a b r i c a t i o np a r a m e t e r se x c e p tf o rh y d r o g e ni m p l a n t a t i o n ．W ei m p u t e di tt ot h eh y d r o g e n —i n d u c e dd e f e c t sa n dt h ei n t e r a c t i o no f h y d r o g e nw i t hs i l i c o na n do x y g e n ．T h eh y d r o g e ni m p l a n t a t i o ne f f e c to nt h eB O Rl a y e rw a sv a r i e dw i t ht h ei m p l a n t a t i o nc o n d i t i o n s ．Ap o t e n t i a ll o wc o s tm e t h o dt of a b r i c a t eS I M O XS 0 1w a f e r sw a sp r o p o s e dS I M O NS 0 1w a f e r sw e r es u c c e s s f u l l yf a b r i c a t e db ys e q u e n t i a li m p l a n t a t i o na n da n n e a l i n go fo x y g e na n dn i t r o g e ni o n sw i t hq u i t eaf e wc o m b i n a t o r i a ld o s e ·e n e r g y -s e q u e n c ec o n d i t i o n s ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a ts u p e r i o rS I M O NS 0 1w a f e r sw i t hh i g h l ys h a r pi n t e r f a c es t r u c t u r eC a l lb ef a b r i c a t e db yc a r e f u l l yc h o o s i n gd o s e ·e n e r g yi m p l a n t a t i o nc o n d i t i o n so fo x y g e na n dn i t r o g e n ．S o m ef a b r i c a t i o nm e t h o d sw e r ec o m p a r e dt og e tS I M O Nm a t e r i a l sw i t hh i g hq u a l i t y ．T h er a d i a t i o n ．h a r d e nm e c h a n i s mo fS I M O Na n dS I M O Xm a t e r i a l sw e r ed i s c u s s e d ．P M O S F E Tt r a n s i s t o r sa r em a d eo nS I M O Nm a t e r i a l s ．N M O S F E Tt r a n s i s t o r sa r em a d eo nS I M O Xm a t e r i a l s ．T h el o sc h a r a c t e r i s t i ca n dt h et r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i co f N M O S F E T ／S I M O Xa n d t h eI D sc h a r a c t e r i s t i co f P M O S F E T ，S I M O Nw e r em e a s u r e db e f o r ea n da f t e ri r r a d i a t i o n ．r e s p e c t i v e l y ．T h er e s u l t sp r o v eS I M O Nm a t e r i a l sh a v es u p e r ba b i l i t yt ot o l e r a t et o t a l —d o s ee f f e c t ．T h em a i n l yc a u s a t i o ni st h ei m p e n d e n tb o n da r i s i n gf r o mt h eh i g hd o s ei m p l a n t a t i o no f n i t r o g e ni o n s ．S O l ，S I M O N ，H y d r o g e n ，N i t r o g e n ，T o t a l - D o s ee f r e c t ，I r r a d i a t i o nI I第一章文献综述第一章文献综述作为“2 l 世纪的硅基集成电路技术”I l l ，自二十世纪八十年代后期以来，S O l ( S i l i c o nO nI n s u l a t o r ) 技术在军用领域和商业领域都得到了迅猛发展。
本章对S O l 材料及其军民领域的应用作了简要介绍，同时概述了S O I 材料的主流制各技术，最后给出了本论文的主要工作1 ．1 什么是s 0传统集成电路采用体硅衬底与之相比，S O I 技术在体硅引入绝缘埋层( 一般为S i 0。