[发明专利]一种基于位错减少辐照损伤的方法

说明书

本发明公开了一种基于位错减少辐照损伤的方法，该方法主要是通过对所述硅材料及器件进行质子、中子和γ射线等高能粒子注入，并进行退火操作，可以实现引入密度与位置可控的位错作为复合中心来减少辐照损伤的目的。本发明实现了在硅材料及器件指定位置引入位错，能够控制位错密度和位错区域；通过辐照高能粒子在硅材料及器件中引入位错形成缺陷，如同复合中心，使载流子的寿命减小，这样在辐照过程中所产生的大量电子‑空穴对会被复合中心所复合，使得空穴陷阱所俘获的空穴数量大大减小；此外，高能粒子对于引入的位错，与现有方式相比，不仅对硅材料及器件的电中性特性不会产生影响，还减少了硅材料及器件的辐照损伤。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种基于位错减少辐照损伤的方法。

背景技术

硅材料及器件持续工作于电离辐照环境中时，电离辐照会在硅体中激发电子-空穴对，空穴会被空穴陷阱俘获，成为固定空间正电荷，造成正电荷的积累。当正电荷积累到一定程度时，致使器件漏电电流增加、电特性参数漂移，并最终失效。

目前，硅中引入位错的方法主要有：塑性变形，其是当前较为常见的方法，引入位错密度较高，但具有破坏性，位错位置与密度不可控制；氧沉淀引入，该方法需要较长时间热处理，引入位错较为困难且位错位置不可控制；离子注入，该方法所需设备较为昂贵，且对形成位错的后续热护理条件要求较为苛刻；激光照射，该方法引入的位错只存在激光照射表面，无法在材料内部生成。

因此当前需要一种成本低廉、位错密度与位置可控且与集成电路工艺相兼容在硅片引入位错的方法，从而减少辐照损伤。

发明内容

为解决上述技术需求，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于位错减少辐照损伤的方法，对硅材料及器件进行质子、中子和γ射线等高能粒子注入，并进行退火操作；本发明通过利用高能粒子注入在硅材料及器件中引入密度与位置可控的位错，作为复合中心减小辐照产生的电子-空穴对以此来减少辐照损伤。

本发明的技术方案如下：

一种基于位错减少辐照损伤的方法，其特征在于：对硅材料及器件的表面进行剂量、能量强度、注入角度、束斑直径等可调的高能粒子注入，对高能粒子注入后的硅材料及器件进行退火操作；注入的高能粒子用于破坏硅晶格，在所述硅材料及器件中产生密度与位置可控的位错，作为复合中心减小辐照产生的电子-空穴对以此来减少辐照损伤；所述高能粒子为质子、中子或γ射线等中的一种或多种。

所述注入的高能粒子的剂量范围为 5×1015cm-2至 5×1017cm-2。

所述高能粒子注入的能量强度范围为5MeV至60MeV。

所述位错生成的密度与深度由高能粒子束的能量强度及注入角度控制，控制高能粒子的注入角度、注入深度等，对硅材料及器件上中所引入的位错的位置能精确的控制。当高能粒子束能量强度较低时，位错主要存在于辐照区域表面，所引入的位错密度较低；当高能粒子束强度较高时，位错贯穿辐照区域1A内部，位错密度较大。

所述高能粒子的束斑直径为0.1mm至100mm。注入高能粒子区域的大小由高能粒子束束斑控制，调节高能粒子束的束斑形状与面积，注入区域的形状和大小也随之改变，未注入高能粒子的区域将不会引入位错。

注入的高能粒子可以是单束，也可以是多束。

辐照在硅材料及器件上的高能粒子束将能量传导给硅晶格，产生局部热应力，该热应力使硅晶格产生扰动，破坏硅晶格的周期对称性，从而引入位错。

高能粒子束的功率越高，能量越大，其在硅晶格里释放出的热应力就越大，对硅晶格造成的破坏越大，引入的位错密度越大。