CN103868952B - 离子注入层载流子浓度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子注入层载流子浓度测试方法。该方法包括步骤1，将样片固定到样片架上，对样片进行霍尔测试，获取样片的霍尔数据；步骤2，将样片从样片架上取下，进行离子注入、退火、以及清洗操作，测量样片的厚度，并重新将样片固定到样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；步骤3，将样片从样片架上取下并清洗后，进行样片背面减薄工艺，取下样片，测量样片的厚度，并重新将样片固定到样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；步骤4，重复步骤3，汇总霍尔数据和对应的样片厚度，获取霍尔数据随样片厚度的变化关系，根据变化关系确定样片的离子注入层载流子浓度。

Description

离子注入层载流子浓度测试方法

技术领域

本发明涉及红外探测器领域，特别是涉及一种离子注入层载流子浓度测试方法。

背景技术

制作光伏型红外探测器核心的PN结可以通过离子注入的方法完成，离子注入退火后注入层杂质的激活情况未知，为了得到注入层中杂质载流子浓度以计算杂质激活率，目前常采用以下几种测试方法，分别是：微分电导法、霍尔剥层法以及电容-电压法。

微分电导法及霍尔剥层法是采用阳极氧化或化学腐蚀法剥层，每剥去一定厚度后，用范德堡法或霍尔测试的方法测量剩余样品的表面载流子浓度、薄层霍尔系数以及薄层电阻率等。这种测试方法不适用于薄层电阻率高的注入层，对于实验样品是破坏性的，在注入形成浅结时，对剥层厚度控制要求较高，操作难度大，此外，其中用到的霍尔测试及范德堡测试工艺过程只适用于注入层在高阻衬底上或形成p-n结隔离的情况。电容-电压法是通过利用金属与半导体接触时形成肖特基势垒，其势垒电容随所加电压变化，通过电容-电压关系找到载流子浓度的剖面分布，因此，当半导体浓度较高时势垒很难做好，击穿电压低，耗尽层薄，难于达到测量浓度分布的要求，在误差允许的范围内，适用于10¹⁷cm^-3以下的载流子浓度分布测量。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的离子注入层载流子浓度测试方法。

本发明提供一种离子注入层载流子浓度测试方法，包括：

步骤1，将样片固定到样片架上，对样片进行霍尔测试，获取样片的霍尔数据；

步骤2，将样片从样片架上取下，进行离子注入、退火、以及清洗操作，测量样片的厚度，并重新将样片固定到样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；

步骤3，将样片从样片架上取下并清洗后，进行样片背面减薄工艺，取下样片，测量样片的厚度，并重新将样片固定到样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；

步骤4，重复步骤3，汇总霍尔数据和对应的样片厚度，获取霍尔数据随样片厚度的变化关系，根据变化关系确定样片的离子注入层载流子浓度。

优选地，在步骤1之前，方法进一步包括：对样片进行划片，形成正方形薄片状的样片。

优选地，进行霍尔测试的操作具体包括如下处理：将样片放置在存放有液氮的杜瓦瓶内，接入测试电路；选择合适的标准电阻，接通电路；调整样片的电流，将处于液氮温度的样片置于平稳且均匀的磁场中，使样品表面与磁场方向垂直，产生一个与电流和磁场方向都垂直的横向电势差；通过样片中的电流密度、横向电势差以及磁场大小获取样片的霍尔数据。

优选地，在样片为正方形薄片状样片的情况下，在将样片焊接到样片架上时，焊点对称分布在正方形薄片状样片的四边棱上。

优选地，进行样片衬底的减薄工艺具体包括如下处理：对样片进行正面的涂胶保护，正面朝下固定在清理干净的玻璃板上；测量样片与玻璃板的总厚度，随后将样片连同玻璃板一同放置在磨抛设备中进行减薄工序，磨抛后再次测量样片与玻璃板的总厚度，确定达到要求的减薄厚度后取下样片。

优选地，测量样片的厚度具体包括：取样片周边四个点进行厚度测量，以平均值作为样片的最终的厚度值。

优选地，霍尔数据包括：综合样片的衬底和离子注入层两部分的载流子迁移率和载流子浓度。

优选地，获取霍尔数据随样片厚度的变化关系具体包括：利用数据处理软件对汇总的数据拟合曲线，获取霍尔数据随样片厚度的变化关系。

本发明有益效果如下：

通过多次霍尔测试、减薄和测厚等一系列工艺步骤，通过该工艺步骤得到衬底材料离子注入层中注入杂质的激活载流子浓度，有效的解决了传统测试方法操作难度大，限制条件多的缺点，本发明实施例的技术方案能够用于导电衬底上离子注入层中载流子浓度的测试，拓宽了测试范围，可适用于浅结以及高浓度掺杂情况。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例的离子注入层载流子浓度测试方法的流程图；

图2是本发明实施例的利用霍尔效应测试离子注入区载流子浓度方法的详细处理流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中的离子注入层载流子浓度测试方法操作难度大，限制条件多的问题，本发明提供了一种具有更宽广的适用范围的离子注入层载流子浓度测试方法，采用霍尔测试的方法，配合减薄工艺及测厚工艺，有效测量正面离子注入的半导体材料离子注入层中的载流子浓度值。

为了测量离子注入层中的载流子浓度，本发明实施例的技术方案包括多次霍尔测试、减薄以及测厚、数据拟合等工艺过程。本发明实施例适用于测量离子注入层的载流子浓度，解决了注入深度、注入浓度以及注入衬底状态对传统测试方法的限制。区别于微分电导法及霍尔剥层法，本发明实施例的技术方案可用于浅结载流子浓度的测量，操作难度降低，对于衬底材料不要求高阻或是p-n结隔离状态。区别于电容-电压法，本发明实施例的技术方案对于测试样品的载流子浓度范围没有要求，不需要考虑建立适当的肖特基势垒，测试难度降低。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

方法实施例

根据本发明的实施例，提供了一种离子注入层载流子浓度测试方法，图1是本发明实施例的离子注入层载流子浓度测试方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的离子注入层载流子浓度测试方法包括如下处理：

步骤101，将样片固定到样片架上，对样片进行霍尔测试，获取样片的霍尔数据；霍尔数据包括：综合样片的衬底和离子注入层两部分的载流子迁移率和载流子浓度。

优选地，在步骤101之前，可以首先对样片进行划片，形成正方形薄片状的样片。在样片为正方形薄片状样片的情况下，在将样片固定(例如，采用焊接的方式)到样片架上时，焊点对称分布在正方形薄片状样片的四边棱上。

步骤102，将样片从样片架上取下，进行离子注入、退火、以及清洗操作，测量样片的厚度，并重新将样片固定到样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；其中，测量样片的厚度具体包括：取样片周边四个点进行厚度测量，以平均值作为样片的最终的厚度值。

步骤103，将样片从样片架上取下并清洗后，进行样片背面减薄工艺，取下样片，测量样片的厚度，并重新将样片固定到样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；

步骤104，重复步骤103，汇总霍尔数据和对应的样片厚度，获取霍尔数据随样片厚度的变化关系，根据变化关系确定样片的离子注入层载流子浓度。

其中，获取霍尔数据随样片厚度的变化关系具体包括：利用数据处理软件对汇总的数据拟合曲线，获取霍尔数据随样片厚度的变化关系。

在上述步骤的处理中，进行霍尔测试的操作具体包括如下处理：将样片放置在存放有液氮的杜瓦瓶内，接入测试电路；选择合适的标准电阻，接通电路；调整样片的电流，将处于液氮温度的样片置于平稳且均匀的磁场中，使样品表面与磁场方向垂直，产生一个与电流和磁场方向都垂直的横向电势差；通过样片中的电流密度、横向电势差以及磁场大小获取样片的霍尔数据。

在上述步骤的处理中，进行样片衬底的减薄工艺具体包括如下处理：对样片进行正面的涂胶保护，正面朝下固定在清理干净的玻璃板上，测量样片与玻璃板的总厚度，随后将样片连同玻璃板一同放置在磨抛设备中进行减薄工序，磨抛后再次测量样片与玻璃板的总厚度，确定达到要求的减薄厚度后取下样片。

以下对本发明实施例的上述技术方案中的霍尔测试方法和减薄与测厚技术进行详细说明。

霍尔测试方法，是将待测样品焊接到样品架上，焊接时电极接触对称分布在方形样品四边棱上，随后将样片放置在存放有液氮的杜瓦瓶内，接入测试电路；选择合适的标准电阻，接通电路；调整好样片的电流，将处于液氮温度的样品置于平稳而均匀的磁场中，使样品表面与磁场方向垂直，此时会产生一个与电流和磁场方向都垂直的横向电势差，通过样品中的电流密度，横向电势差以及磁场大小等数据求得被测样品的载流子浓度，这时测得的载流子浓度等霍尔数据是综合了衬底与注入层两部分的载流子的作用效果。

减薄与测厚技术，是将测试样品进行背面磨抛减薄，在每次霍尔测试之前测试样片厚度，确定样品厚度对应的霍尔数据。首先将方形样品薄片正面涂胶保护，正面朝下固定在清理干净的玻璃板上，测总厚度，随后将样品连同玻璃板一同放置在磨抛设备中进行减薄工序，磨抛前后带玻璃板测厚度，确定达到要求的减薄厚度后取下样片。取下样品后，在每次霍尔测试之前测试样品厚度，取样品周边四个点做测试，以平均值作为样品的厚度值。背面减薄不会对注入层产生损伤，且不会因为浅结注入为减薄增加难度。

该工艺方案下测得的霍尔数据随着样品衬底材料的减薄而变化，衬底背面减薄，衬底中载流子作用效果逐渐减弱，注入区中载流子作用效果增强，霍尔数据随着衬底材料厚度的下降会存在一个变化趋势，通过数据处理软件拟合多组样品厚度与霍尔数据，可以得到关系曲线，从而推断注入层中的载流子浓度，工艺过程操作简单，可靠性高。

以下参考图2，对本发明实施例的利用霍尔效应测试离子注入区载流子浓度的方法进行举例说明。

图2是本发明实施例的利用霍尔效应测试离子注入区载流子浓度方法的详细处理流程图，如图2所以，具体包括如下处理：

步骤100，对样片进行超声清洗，表面腐蚀，表面涂胶保护，划片形成正方形薄片样片，丙酮去胶，丙酮、酒精以及去离子水清洗；

步骤200，将方形薄片焊接到样片架上，霍尔测试记录方形样片的载流子迁移率及载流子浓度等参数(以下用霍尔数据代称)；

步骤300，盐酸腐蚀去除焊点，离子注入，退火，丙酮、酒精及去离子水清洗；

步骤400，测样片厚度，将方形薄片焊接到样片架上，霍尔测试记录方形样片的载流子迁移率及载流子浓度等参数(以下用霍尔数据代称)；

步骤500，盐酸腐蚀去除焊点，清洗，离子注入面涂胶保护，将方形样片粘到玻璃板上，压片，放入磨抛设备中进行样片背面减薄工艺，取下样片，测试样片厚度及霍尔数据，在工艺允许的范围内，顺序重复步骤500；

步骤600，汇总得到的数据，利用数据处理软件拟合曲线，得到霍尔数据随衬底厚度的变化关系，推导数学关系，推算得到注入深度对应的载流子浓度值，即得到理论上的注入层载流子浓度。

该工艺方案下实现注入层载流子浓度测试，降低了操作难度以及对测试材料的要求，拓宽了测试范围，实现了浅结以及高浓度掺杂情况下的载流子浓度测试。

综上所述，本发明实施例通过多次霍尔测试、减薄和测厚等一系列工艺步骤，通过该工艺步骤得到衬底材料离子注入层中注入杂质的激活载流子浓度，有效的解决了传统测试方法操作难度大，限制条件多的缺点，本发明实施例的技术方案能够用于导电衬底上离子注入层中载流子浓度的测试，拓宽了测试范围，可适用于浅结以及高浓度掺杂情况。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种离子注入层载流子浓度测试方法，其特征在于，包括：

步骤1，将样片固定到样片架上，对所述样片进行霍尔测试，获取所述样片的霍尔数据；

步骤2，将所述样片从所述样片架上取下，进行离子注入、退火、以及清洗操作，测量所述样片的厚度，并重新将所述样片固定到所述样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；

步骤3，将所述样片从所述样片架上取下并清洗后，进行样片背面减薄工艺，取下样片，测量所述样片的厚度，并重新将所述样片固定到所述样片架上并进行霍尔测试，获取相应的霍尔数据；

步骤4，重复步骤3，汇总霍尔数据和对应的样片厚度，获取霍尔数据随所述样片厚度的变化关系，根据所述变化关系确定所述样片的离子注入层载流子浓度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1之前，所述方法进一步包括：对所述样片进行划片，形成正方形薄片状的样片。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行霍尔测试的操作具体包括如下处理：

将所述样片放置在存放有液氮的杜瓦瓶内，接入测试电路；

选择合适的标准电阻，接通电路；

调整所述样片的电流，将处于液氮温度的样片置于平稳且均匀的磁场中，使样品表面与磁场方向垂直，样片中产生一个与电流和磁场方向都垂直的横向电势差；

通过所述样片中的电流密度、所述横向电势差以及磁场大小获取所述样片的霍尔数据。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述样片为正方形薄片状样片的情况下，在将样片固定到样片架上时，焊点对称分布在正方形薄片状样片的四边棱上。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行所述样片背面减薄工艺具体包括如下处理：

对所述样片进行正面的涂胶保护，正面朝下固定在清理干净的玻璃板上；

测量所述样片与所述玻璃板的总厚度，随后将所述样片连同玻璃板一同放置在磨抛设备中进行减薄工序，磨抛后再次测量所述样片与所述玻璃板的总厚度，确定达到要求的减薄厚度后取下样片。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述样片的厚度具体包括：取所述样片周边四个点进行厚度测量，以平均值作为所述样片的最终的厚度值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述霍尔数据包括：综合所述样片的衬底和离子注入层两部分的载流子迁移率和载流子浓度。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取霍尔数据随所述样片厚度的变化关系具体包括：

利用数据处理软件对汇总的数据拟合曲线，获取霍尔数据随所述样片厚度的变化关系。