離子注入層載流子濃度測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種離子注入層載流子濃度測試方法。該方法包括步驟1，將樣片固定到樣片架上，對樣片進行霍爾測試，獲取樣片的霍爾數據；步驟2，將樣片從樣片架上取下，進行離子注入、退火、以及清洗操作，測量樣片的厚度，并重新將樣片固定到樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據；步驟3，將樣片從樣片架上取下并清洗后，進行樣片背面減薄工藝，取下樣片，測量樣片的厚度，并重新將樣片固定到樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據；步驟4，重復步驟3，匯總霍爾數據和對應的樣片厚度，獲取霍爾數據隨樣片厚度的變化關系，根據變化關系確定樣片的離子注入層載流子濃度。
【專利說明】離子注入層載流子濃度測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及紅外探測器領域，特別是涉及一種離子注入層載流子濃度測試方法。【背景技術】
[0002]制作光伏型紅外探測器核心的PN結可以通過離子注入的方法完成，離子注入退火后注入層雜質的激活情況未知，為了得到注入層中雜質載流子濃度以計算雜質激活率，目前常采用以下幾種測試方法，分別是:微分電導法、霍爾剝層法以及電容-電壓法。
[0003]微分電導法及霍爾剝層法是采用陽極氧化或化學腐蝕法剝層，每剝去一定厚度后，用范德堡法或霍爾測試的方法測量剩余樣品的表面載流子濃度、薄層霍爾系數以及薄層電阻率等。這種測試方法不適用于薄層電阻率高的注入層，對于實驗樣品是破壞性的，在注入形成淺結時，對剝層厚度控制要求較高，操作難度大，此外，其中用到的霍爾測試及范德堡測試工藝過程只適用于注入層在高阻襯底上或形成p-n結隔離的情況。電容-電壓法是通過利用金屬與半導體接觸時形成肖特基勢壘，其勢壘電容隨所加電壓變化，通過電容-電壓關系找到載流子濃度的剖面分布，因此，當半導體濃度較高時勢壘很難做好，擊穿電壓低，耗盡層薄，難于達到測量濃度分布的要求，在誤差允許的范圍內，適用于IO17CnT3以下的載流子濃度分布測量。
【發明內容】
[0004]鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的離子注入層載流子濃度測試方法。
[0005]本發明提供一種離子注入層載流子濃度測試方法，包括:
[0006]步驟1，將樣片固定到樣片架上，對樣片進行霍爾測試，獲取樣片的霍爾數據；
[0007]步驟2，將樣片從樣片架上取下，進行離子注入、退火、以及清洗操作，測量樣片的厚度，并重新將樣片固定到樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據；
[0008]步驟3，將樣片從樣片架上取下并清洗后，進行樣片背面減薄工藝，取下樣片，測量樣片的厚度，并重新將樣片固定到樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據；
[0009]步驟4，重復步驟3，匯總霍爾數據和對應的樣片厚度，獲取霍爾數據隨樣片厚度的變化關系，根據變化關系確定樣片的離子注入層載流子濃度。
[0010]優選地，在步驟I之前，方法進一步包括:對樣片進行劃片，形成正方形薄片狀的樣片。
[0011]優選地，進行霍爾測試的操作具體包括如下處理:將樣片放置在存放有液氮的杜瓦瓶內，接入測試電路；選擇合適的標準電阻，接通電路；調整樣片的電流，將處于液氮溫度的樣片置于平穩且均勻的磁場中，使樣品表面與磁場方向垂直，產生一個與電流和磁場方向都垂直的橫向電勢差；通過樣片中的電流密度、橫向電勢差以及磁場大小獲取樣片的霍爾數據。
[0012]優選地，在樣片為正方形薄片狀樣片的情況下，在將樣片焊接到樣片架上時，焊點對稱分布在正方形薄片狀樣片的四邊棱上。
[0013]優選地，進行樣片襯底的減薄工藝具體包括如下處理:對樣片進行正面的涂膠保護，正面朝下固定在清理干凈的玻璃板上；測量樣片與玻璃板的總厚度，隨后將樣片連同玻璃板一同放置在磨拋設備中進行減薄工序，磨拋后再次測量樣片與玻璃板的總厚度，確定達到要求的減薄厚度后取下樣片。
[0014]優選地，測量樣片的厚度具體包括:取樣片周邊四個點進行厚度測量，以平均值作為樣片的最終的厚度值。
[0015]優選地，霍爾數據包括:綜合樣片的襯底和離子注入層兩部分的載流子遷移率和載流子濃度。
[0016]優選地，獲取霍爾數據隨樣片厚度的變化關系具體包括:利用數據處理軟件對匯總的數據擬合曲線，獲取霍爾數據隨樣片厚度的變化關系。
[0017]本發明有益效果如下:
[0018]通過多次霍爾測試、減薄和測厚等一系列工藝步驟，通過該工藝步驟得到襯底材料離子注入層中注入雜質的激活載流子濃度，有效的解決了傳統測試方法操作難度大，限制條件多的缺點，本發明實施例的技術方案能夠用于導電襯底上離子注入層中載流子濃度的測試，拓寬了測試范圍，可適用于淺結以及高濃度摻雜情況。
[0019]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本發明的【具體實施方式】。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:
[0021]圖1是本發明實施例的離子注入層載流子濃度測試方法的流程圖；
[0022]圖2是本發明實施例的利用霍爾效應測試離子注入區載流子濃度方法的詳細處理流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
[0024]為了解決現有技術中的離子注入層載流子濃度測試方法操作難度大，限制條件多的問題，本發明提供了一種具有更寬廣的適用范圍的離子注入層載流子濃度測試方法，采用霍爾測試的方法，配合減薄工藝及測厚工藝，有效測量正面離子注入的半導體材料離子注入層中的載流子濃度值。
[0025]為了測量離子注入層中的載流子濃度，本發明實施例的技術方案包括多次霍爾測試、減薄以及測厚、數據擬合等工藝過程。本發明實施例適用于測量離子注入層的載流子濃度，解決了注入深度、注入濃度以及注入襯底狀態對傳統測試方法的限制。區別于微分電導法及霍爾剝層法，本發明實施例的技術方案可用于淺結載流子濃度的測量，操作難度降低，對于襯底材料不要求高阻或是P-n結隔離狀態。區別于電容-電壓法，本發明實施例的技術方案對于測試樣品的載流子濃度范圍沒有要求，不需要考慮建立適當的肖特基勢壘，測試難度降低。以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不限定本發明。
[0026]方法實施例
[0027]根據本發明的實施例，提供了一種離子注入層載流子濃度測試方法，圖1是本發明實施例的離子注入層載流子濃度測試方法的流程圖，如圖1所示，根據本發明實施例的離子注入層載流子濃度測試方法包括如下處理:
[0028]步驟101，將樣片固定到樣片架上，對樣片進行霍爾測試，獲取樣片的霍爾數據；霍爾數據包括:綜合樣片的襯底和離子注入層兩部分的載流子遷移率和載流子濃度。
[0029]優選地，在步驟101之前，可以首先對樣片進行劃片，形成正方形薄片狀的樣片。在樣片為正方形薄片狀樣片的情況下，在將樣片固定(例如，采用焊接的方式)到樣片架上時，焊點對稱分布在正方形薄片狀樣片的四邊棱上。
[0030]步驟102，將樣片從樣片架上取下，進行離子注入、退火、以及清洗操作，測量樣片的厚度，并重新將樣片固定到樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據；其中，測量樣片的厚度具體包括:取樣片周邊四個點進行厚度測量，以平均值作為樣片的最終的厚度值。
[0031 ] 步驟103，將樣片從樣片架上取下并清洗后，進行樣片背面減薄工藝，取下樣片，測量樣片的厚度，并重新將樣片固定到樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據；
[0032]步驟104，重復步驟103，匯總霍爾數據和對應的樣片厚度，獲取霍爾數據隨樣片厚度的變化關系，根據變化關系確定樣片的離子注入層載流子濃度。
[0033]其中，獲取霍爾數據隨樣片厚度的變化關系具體包括:利用數據處理軟件對匯總的數據擬合曲線，獲取霍爾數據隨樣片厚度的變化關系。
[0034]在上述步驟的處理中，進行霍爾測試的操作具體包括如下處理:將樣片放置在存放有液氮的杜瓦瓶內，接入測試電路；選擇合適的標準電阻，接通電路；調整樣片的電流，將處于液氮溫度的樣片置于平穩且均勻的磁場中，使樣品表面與磁場方向垂直，產生一個與電流和磁場方向都垂直的橫向電勢差；通過樣片中的電流密度、橫向電勢差以及磁場大小獲取樣片的霍爾數據。
[0035]在上述步驟的處理中，進行樣片襯底的減薄工藝具體包括如下處理:對樣片進行正面的涂膠保護，正面朝下固定在清理干凈的玻璃板上，測量樣片與玻璃板的總厚度，隨后將樣片連同玻璃板一同放置在磨拋設備中進行減薄工序，磨拋后再次測量樣片與玻璃板的總厚度，確定達到要求的減薄厚度后取下樣片。
[0036]以下對本發明實施例的上述技術方案中的霍爾測試方法和減薄與測厚技術進行詳細說明。
[0037]霍爾測試方法，是將待測樣品焊接到樣品架上，焊接時電極接觸對稱分布在方形樣品四邊棱上，隨后將樣片放置在存放有液氮的杜瓦瓶內，接入測試電路；選擇合適的標準電阻，接通電路；調整好樣片的電流，將處于液氮溫度的樣品置于平穩而均勻的磁場中，使樣品表面與磁場方向垂直，此時會產生一個與電流和磁場方向都垂直的橫向電勢差，通過樣品中的電流密度，橫向電勢差以及磁場大小等數據求得被測樣品的載流子濃度，這時測得的載流子濃度等霍爾數據是綜合了襯底與注入層兩部分的載流子的作用效果。
[0038]減薄與測厚技術，是將測試樣品進行背面磨拋減薄，在每次霍爾測試之前測試樣片厚度，確定樣品厚度對應的霍爾數據。首先將方形樣品薄片正面涂膠保護，正面朝下固定在清理干凈的玻璃板上，測總厚度，隨后將樣品連同玻璃板一同放置在磨拋設備中進行減薄工序，磨拋前后帶玻璃板測厚度，確定達到要求的減薄厚度后取下樣片。取下樣品后，在每次霍爾測試之前測試樣品厚度，取樣品周邊四個點做測試，以平均值作為樣品的厚度值。背面減薄不會對注入層產生損傷，且不會因為淺結注入為減薄增加難度。
[0039]該工藝方案下測得的霍爾數據隨著樣品襯底材料的減薄而變化，襯底背面減薄，襯底中載流子作用效果逐漸減弱，注入區中載流子作用效果增強，霍爾數據隨著襯底材料厚度的下降會存在一個變化趨勢，通過數據處理軟件擬合多組樣品厚度與霍爾數據，可以得到關系曲線，從而推斷注入層中的載流子濃度，工藝過程操作簡單，可靠性高。
[0040]以下參考圖2，對本發明實施例的利用霍爾效應測試離子注入區載流子濃度的方法進行舉例說明。
[0041]圖2是本發明實施例的利用霍爾效應測試離子注入區載流子濃度方法的詳細處理流程圖，如圖2所以，具體包括如下處理:
[0042]步驟100，對樣片進行超聲清洗，表面腐蝕，表面涂膠保護，劃片形成正方形薄片樣片，丙酮去膠，丙酮、酒精以及去離子水清洗；
[0043]步驟200，將方形薄片焊接到樣片架上，霍爾測試記錄方形樣片的載流子遷移率及載流子濃度等參數(以下用霍爾數據代稱);
[0044]步驟300，鹽酸腐蝕去除焊點，離子注入，退火，丙酮、酒精及去離子水清洗；
[0045]步驟400，測樣片厚度，將方形薄片焊接到樣片架上，霍爾測試記錄方形樣片的載流子遷移率及載流子濃度等參數(以下用霍爾數據代稱);
[0046]步驟500，鹽酸腐蝕去除焊點，清洗，離子注入面涂膠保護，將方形樣片粘到玻璃版上，壓片，放入磨拋設備中進行樣片背面減薄工藝，取下樣片，測試樣片厚度及霍爾數據，在工藝允許的范圍內，順序重復步驟500 ；
[0047]步驟600，匯總得到的數據，利用數據處理軟件擬合曲線，得到霍爾數據隨襯底厚度的變化關系，推導數學關系，推算得到注入深度對應的載流子濃度值，即得到理論上的注入層載流子濃度。
[0048]該工藝方案下實現注入層載流子濃度測試，降低了操作難度以及對測試材料的要求，拓寬了測試范圍，實現了淺結以及高濃度摻雜情況下的載流子濃度測試。
[0049]綜上所述，本發明實施例通過多次霍爾測試、減薄和測厚等一系列工藝步驟，通過該工藝步驟得到襯底材料離子注入層中注入雜質的激活載流子濃度，有效的解決了傳統測試方法操作難度大，限制條件多的缺點，本發明實施例的技術方案能夠用于導電襯底上離子注入層中載流子濃度的測試，拓寬了測試范圍，可適用于淺結以及高濃度摻雜情況。
[0050]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種離子注入層載流子濃度測試方法，其特征在于，包括: 步驟1，將樣片固定到樣片架上，對所述樣片進行霍爾測試，獲取所述樣片的霍爾數據； 步驟2，將所述樣片從所述樣片架上取下，進行離子注入、退火、以及清洗操作，測量所述樣片的厚度，并重新將所述樣片固定到所述樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據； 步驟3，將所述樣片從所述樣片架上取下并清洗后，進行樣片背面減薄工藝，取下樣片，測量所述樣片的厚度，并重新將所述樣片固定到所述樣片架上并進行霍爾測試，獲取相應的霍爾數據； 步驟4，重復步驟3，匯總霍爾數據和對應的樣片厚度，獲取霍爾數據隨所述樣片厚度的變化關系，根據所述變化關系確定所述樣片的離子注入層載流子濃度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟I之前，所述方法進一步包括:對所述樣片進行劃片，形成正方形薄片狀的樣片。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，進行霍爾測試的操作具體包括如下處理: 將所述樣片放置在存放有液氮的杜瓦瓶內，接入測試電路； 選擇合適的標準電阻，接通電路； 調整所述樣片的電流，將處于液氮溫度的樣片置于平穩且均勻的磁場中，使樣品表面與磁場方向垂直，樣片中產生一個與電流和磁場方向都垂直的橫向電勢差； 通過所述樣片中的電流密度、所述橫向電勢差以及磁場大小獲取所述樣片的霍爾數據。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述樣片為正方形薄片狀樣片的情況下，在將樣片固定到樣片架上時，焊點對稱分布在正方形薄片狀樣片的四邊棱上。
5.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，進行所述樣片背面減薄工藝具體包括如下處理: 對所述樣片進行正面的涂膠保護，正面朝下固定在清理干凈的玻璃板上； 測量所述樣片與所述玻璃板的總厚度，隨后將所述樣片連同玻璃板一同放置在磨拋設備中進行減薄工序，磨拋后再次測量所述樣片與所述玻璃板的總厚度，確定達到要求的減薄厚度后取下樣片。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，測量所述樣片的厚度具體包括:取所述樣片周邊四個點進行厚度測量，以平均值作為所述樣片的最終的厚度值。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述霍爾數據包括:綜合所述樣片的襯底和離子注入層兩部分的載流子遷移率和載流子濃度。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，獲取霍爾數據隨所述樣片厚度的變化關系具體包括: 利用數據處理軟件對匯總的數據擬合曲線，獲取霍爾數據隨所述樣片厚度的變化關系O
【文檔編號】G01N27/00GK103868952SQ201410068932
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】李海燕, 亢喆, 程鵬 申請人:中國電子科技集團公司第十一研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
