摘 要：通过sims对激光诱导扩散杂质浓度分布的研究，提出了一个测量扩散区只在mm量级或10mm量级范围内的杂质浓度分布的方法。首先利用光刻的方法在基片表面标识出扩散窗口，然后进行激光诱导处理。用sims对制成的扩散样品定量分析，通过扫描探针显微镜测量刻蚀深度，由此实现了微小扩散区掺杂浓度-深度分布的研究。
关键词：激光诱导扩散，微小扩散区，二次离子质谱仪 中图分类号：tn304.07 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2005)07-0021-04
1 引言 在半导体平面工艺中，器件的许多性能指标主要由扩散工艺决定，扩散层的结深和杂质分布情况直接决定器件的频率、放大、击穿等电参数。因而研究半导体的扩散杂质分布和控制方法对改进器件特性是十分有益的。但在单片光电集成器件的制作中，如采用常规热扩散工艺，很难解决光电器件工艺的兼容性这一难题。与常规扩散工艺相比，激光诱导扩散技术具有独特的优越性[1]，可以对处理区域高精度定域，使高温区域局限于处理区。当进行扩散处理时，该技术可使扩散高温区域限制在制作光器件的微小空间范围内，其余区域都维持在近室温状态，也就不会对同一基片上已做成的集成电路在性能方面产生负面影响，从而有效地解决单片oeics中光、电两部分难以兼容这一瓶颈问题。为此我们对inp中的激光诱导zn扩散开展了研究。 激光诱导扩散与常规闭管扩散的工艺条件存在巨大的差异，尤其扩散中温度场的分布。对于后者，整个封闭管中温度场是基本均匀的，自然地，基片是等温体，进而各点扩散系数也呈定值；而对于前者，由于激光束的强度一般是高斯分布，即使用二元光学波前整形等方法使光强分布由高斯分布变为近似平顶形分布，在平行于衬底表面的平面内也仍然存在一定的温度波动，至于在垂直于衬底表面的方向上，由于激光入射面和背面的边界条件迥然不同，也必然存在温度场的方向导数。不难看出，在激光诱导扩散中，在衬底的各个方向上温度都是不均匀的，这必将导致扩散系数的变化，所以激光诱导扩散系数的杂质浓度分布就与常规闭管扩散存在较大差异。为研制成高质量的光电器件，必须要对激光诱导扩散的杂质浓度分布进行测量研究。常规扩散杂质浓度分布的测量有阻容法、阳极氧化法、四探针测电阻率法等，但是这些方法的一个共同点就是要求样品的测量面积比较大，而激光诱导扩散区在微米量级或10mm量级，所以用常规方法很难测定。众所周知，二次离子质谱（sims）具有较高的灵敏度、良好的深度分辨率、可进行全元素分析 [2,3]，更重要的是可以对mm量级的扩散区的杂质浓度进行测定分析。因此笔者采用sims测量激光诱导扩散的杂质浓度分布。 2 实验 2.1 样品制备
激光诱导扩散点直径一般在μm量级或10 mm量级范围内，经过扩散的点很难用肉眼区分开来，这就使得在进行sims分析时聚焦的一次离子束精确的轰击在激光诱导的扩散点上带来了极大的困难。为了解决这一矛盾，我们首先对基片进行了光刻处理，如图1所示。
其次是激光诱导扩散样品的制备[4] 。扩散前用离心式涂胶机在inp表面制备含zn的sio2 乳胶膜。用hd-42型co2激光器发出10.6mm光功率密度合适的激光束照射在制备好的含zn的sio2乳胶膜上，使得聚焦的激光束刚好落在扩散窗口内，在激光辐射区就会产生zn向inp衬底的扩散。把激光曝光后的样品在1:10的hf去离子水溶液中浸泡30s，去掉inp表面的sio2，再用去离子水洗净，在80℃ 烘箱中烘20～30min，整个扩散诱导就完成了。其中不同样品的实验条件如表1所示。
2.2 sims测量
在实验中所利用的仪器设备是micolab mkⅱ，其质量分析器是四极滤质器，所用的一次离子为ga +，分析室真空度达到10-9pa量级。 实验所用的样品包括用mocvd方法使得zn在 inp中均匀扩散的1＃样品，其zn的掺杂浓度是已知的，和激光诱导扩散的待测样品2＃、3＃、4 ＃和5＃，其扩散浓度未知。 根据分析需要，选取了sims深度分析的工作方式[5]。深度分析，就是指一次离子束以大斑点或较小斑点轰击样品，此焦斑中心也刚好落在扩散窗口内，溅射出的二次离子进入双聚焦质谱计，将磁分析器的磁场强度调至对应于某一特定质量数的数值，并使其固定不变，随着样品不断地被一次离子束溅射
（中国电子科技大学光电信息学院，成都 610054） |
摘 要：通过sims对激光诱导扩散杂质浓度分布的研究，提出了一个测量扩散区只在mm量级或10mm量级范围内的杂质浓度分布的方法。首先利用光刻的方法在基片表面标识出扩散窗口，然后进行激光诱导处理。用sims对制成的扩散样品定量分析，通过扫描探针显微镜测量刻蚀深度，由此实现了微小扩散区掺杂浓度-深度分布的研究。
关键词：激光诱导扩散，微小扩散区，二次离子质谱仪 中图分类号：tn304.07 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2005)07-0021-04
1 引言 在半导体平面工艺中，器件的许多性能指标主要由扩散工艺决定，扩散层的结深和杂质分布情况直接决定器件的频率、放大、击穿等电参数。因而研究半导体的扩散杂质分布和控制方法对改进器件特性是十分有益的。但在单片光电集成器件的制作中，如采用常规热扩散工艺，很难解决光电器件工艺的兼容性这一难题。与常规扩散工艺相比，激光诱导扩散技术具有独特的优越性[1]，可以对处理区域高精度定域，使高温区域局限于处理区。当进行扩散处理时，该技术可使扩散高温区域限制在制作光器件的微小空间范围内，其余区域都维持在近室温状态，也就不会对同一基片上已做成的集成电路在性能方面产生负面影响，从而有效地解决单片oeics中光、电两部分难以兼容这一瓶颈问题。为此我们对inp中的激光诱导zn扩散开展了研究。 激光诱导扩散与常规闭管扩散的工艺条件存在巨大的差异，尤其扩散中温度场的分布。对于后者，整个封闭管中温度场是基本均匀的，自然地，基片是等温体，进而各点扩散系数也呈定值；而对于前者，由于激光束的强度一般是高斯分布，即使用二元光学波前整形等方法使光强分布由高斯分布变为近似平顶形分布，在平行于衬底表面的平面内也仍然存在一定的温度波动，至于在垂直于衬底表面的方向上，由于激光入射面和背面的边界条件迥然不同，也必然存在温度场的方向导数。不难看出，在激光诱导扩散中，在衬底的各个方向上温度都是不均匀的，这必将导致扩散系数的变化，所以激光诱导扩散系数的杂质浓度分布就与常规闭管扩散存在较大差异。为研制成高质量的光电器件，必须要对激光诱导扩散的杂质浓度分布进行测量研究。常规扩散杂质浓度分布的测量有阻容法、阳极氧化法、四探针测电阻率法等，但是这些方法的一个共同点就是要求样品的测量面积比较大，而激光诱导扩散区在微米量级或10mm量级，所以用常规方法很难测定。众所周知，二次离子质谱（sims）具有较高的灵敏度、良好的深度分辨率、可进行全元素分析 [2,3]，更重要的是可以对mm量级的扩散区的杂质浓度进行测定分析。因此笔者采用sims测量激光诱导扩散的杂质浓度分布。 2 实验 2.1 样品制备
激光诱导扩散点直径一般在μm量级或10 mm量级范围内，经过扩散的点很难用肉眼区分开来，这就使得在进行sims分析时聚焦的一次离子束精确的轰击在激光诱导的扩散点上带来了极大的困难。为了解决这一矛盾，我们首先对基片进行了光刻处理，如图1所示。
其次是激光诱导扩散样品的制备[4] 。扩散前用离心式涂胶机在inp表面制备含zn的sio2 乳胶膜。用hd-42型co2激光器发出10.6mm光功率密度合适的激光束照射在制备好的含zn的sio2乳胶膜上，使得聚焦的激光束刚好落在扩散窗口内，在激光辐射区就会产生zn向inp衬底的扩散。把激光曝光后的样品在1:10的hf去离子水溶液中浸泡30s，去掉inp表面的sio2，再用去离子水洗净，在80℃ 烘箱中烘20～30min，整个扩散诱导就完成了。其中不同样品的实验条件如表1所示。
2.2 sims测量
在实验中所利用的仪器设备是micolab mkⅱ，其质量分析器是四极滤质器，所用的一次离子为ga +，分析室真空度达到10-9pa量级。 实验所用的样品包括用mocvd方法使得zn在 inp中均匀扩散的1＃样品，其zn的掺杂浓度是已知的，和激光诱导扩散的待测样品2＃、3＃、4 ＃和5＃，其扩散浓度未知。 根据分析需要，选取了sims深度分析的工作方式[5]。深度分析，就是指一次离子束以大斑点或较小斑点轰击样品，此焦斑中心也刚好落在扩散窗口内，溅射出的二次离子进入双聚焦质谱计，将磁分析器的磁场强度调至对应于某一特定质量数的数值，并使其固定不变，随着样品不断地被一次离子束溅射
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