不同鈍化工藝SiO2薄膜的輻射缺陷

盛 行 馬迎凱 楊劍群

（1 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶 401332）

（2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150000）

文 摘 為研究不同鈍化工藝柵介質(zhì)用SiO2薄膜的高能電子輻射缺陷特征，采用能量為1 MeV的高能電子在輻照注量為1×1015 e∕cm2、5×1015 e∕cm2 和1×1016e∕cm2 下對(duì)三種不同鈍化工藝（I，700 nm SiN+500 nm PSG；II，1.2μm SiN；III，700 nm PSG+500 nm SiN）的SiO2薄膜進(jìn)行了輻照試驗(yàn)。拉曼光譜和X射線光電子能譜結(jié)果表明I和III鈍化工藝SiO2薄膜形成了非晶硅及雙氧根離子，傅立葉紅外光譜結(jié)果表明I鈍化工藝SiO2薄膜形成缺陷結(jié)構(gòu)未知的A1、A2、B1及B2缺陷；II鈍化工藝SiO2薄膜形成A1、B1、及B′1 缺陷；III鈍化工藝SiO2薄膜形成A1、B′1及B2缺陷。

0 引言

隨著航天科技技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，愈來(lái)愈多的半導(dǎo)體器件和集成電路（IC）需要在各種帶電粒子輻射環(huán)境中工作［1］。目前很多研究發(fā)現(xiàn)航天器中以SiO2為柵介質(zhì)材料的半導(dǎo)體器件在帶電粒子輻照下其性能會(huì)產(chǎn)生明顯變化，并且不同鈍化工藝的SiO2薄膜形成的輻射缺陷有所不同，進(jìn)一步的研究表明這是由于此類器件對(duì)帶電粒子構(gòu)成的輻射環(huán)境十分敏感?，F(xiàn)階段的研究表明半導(dǎo)體器件的SiO2柵介質(zhì)材料對(duì)電離損傷極為敏感［2-7］，但目前此類研究多為對(duì)整個(gè)器件的輻射損傷效應(yīng)研究，然而目前對(duì)于半導(dǎo)體器件的柵介質(zhì)SiO2材料的輻射效應(yīng)研究大多停留在完整器件的輻射效應(yīng)，并未對(duì)不同鈍化工藝柵介質(zhì)用SiO2材料的輻射缺陷及演化規(guī)律單獨(dú)進(jìn)行深入研究，并且目前極為有限的直接對(duì)柵介質(zhì)SiO2材料的輻射缺陷的研究也存在較大局限性［8-10］。因此，對(duì)于不同鈍化工藝柵介質(zhì)用SiO2薄膜輻照缺陷研究很有價(jià)值。

Diana Nesheva 等人［9，11］使用了20 MeV 電子對(duì)均質(zhì)c-Si-SiO1.3薄膜、nc-Si-SiO1.3復(fù)合薄膜及α-Si-SiO1.8復(fù)合薄膜進(jìn)行輻照用以研究高能電子對(duì)SiOx薄膜組成及結(jié)構(gòu)的影響。首先，他們通過(guò)在真空中SiO1.3的熱蒸發(fā)，在晶體Si 襯底上沉積了均質(zhì)的非晶SiO1.3制成了均質(zhì)c-Si-SiO1.3薄膜樣品；再將部分制得的均質(zhì)c-Si-SiO1.3薄膜在1 000 ℃下退火，以在SiO1.3基質(zhì)中生長(zhǎng)納米晶硅（nc-Si）顆粒，制成了nc-Si-SiO1.3復(fù)合薄膜樣品；同時(shí)將部分均質(zhì)c-Si-SiO1.3薄膜在700 ℃下退火，在氧化物基質(zhì)中生長(zhǎng)非晶Si（α-Si）納米團(tuán)簇，制成a-Si-SiO1.8復(fù)合薄膜。對(duì)三種薄膜進(jìn)行高能輻照后發(fā)現(xiàn)當(dāng)輻照注量在3.6×1015e∕cm2以上時(shí)，高能電子輻照會(huì)引起均質(zhì)c-Si-SiO1.3薄膜發(fā)生相分離；當(dāng)輻照注量在7.2×1014e∕cm2以上時(shí)，nc-Si-SiO1.3復(fù)合薄膜的非晶SiO1.3層中原有的納米團(tuán)簇顆粒的尺寸減?。划?dāng)輻照注量在7.2×1014e∕cm2以上時(shí)，a-Si-SiO1.8復(fù)合薄膜中純硅相的數(shù)量減少。

以上研究表明，高能電子輻射對(duì)SiO2薄膜的相結(jié)構(gòu)有影響。在MeV 電子輻照下，可以在SiO2基體中形成非晶硅（α-Si）納米顆粒。這些結(jié)果有助于評(píng)價(jià)MeV 電子輻照下SiO2薄膜的相分離行為，但是缺少對(duì)實(shí)際應(yīng)用的不同鈍化工藝的SiO2薄膜的相分離行為的探究。本文基于光譜表征手段研究1 MeV 電子輻照下不同鈍化工藝SiO2薄膜形成的缺陷情況的差異。

1 實(shí)驗(yàn)

采用的是與半導(dǎo)體器件柵極SiO2介質(zhì)工藝相同的多層SiO2薄膜，其結(jié)構(gòu)可歸納為非晶二氧化硅∕晶體二氧化硅∕非晶二氧化硅∕單晶硅襯底（α-SiO2∕c-SiO2∕α-SiO2∕c-Si）。此SiO2薄膜具體的工藝及參數(shù)為：P型111硅片，1.8μm 的有源區(qū)氧化層厚度，其中硅襯底上通過(guò)H-O 合成非晶SiO2層50 nm，LPCVD沉積單晶SiO2層750 nm，在單晶SiO2層上生長(zhǎng)了～2 nm 的非晶SiO2層，表面鍍鉑金保護(hù)層。所選用鈍化柵介質(zhì)用SiO2薄膜的具體鈍化工藝如表1所示。

表1 鈍化SiO2薄膜的鈍化工藝1）Tab.1 Passivation process of passivating SiO2 film

實(shí)驗(yàn)選用的高能電子輻照源的能量為1 MeV，由于實(shí)驗(yàn)的目的是研究高能電子輻照對(duì)SiO2薄膜材料組成及結(jié)構(gòu)的影響而非研究SiO2薄膜材料的抗輻照性能，因此輻照通量設(shè)定為5×1011e∕（cm2·s），輻照注量設(shè)定為1×1015e∕cm2、5×1015e∕cm2和1×1016e∕cm2［9-15］，高輻照通量和注量可以盡可能加大電子輻照對(duì)SiO2薄膜材料的影響。為研究高能電子輻照導(dǎo)致SiO2薄膜非晶化的機(jī)制，設(shè)計(jì)了低能電子輻照實(shí)驗(yàn)作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，低能電子輻照源的能量為90 keV，輻照通量設(shè)定為5×1011e∕（cm2·s），輻照注量設(shè)定為1×1016e∕cm2。

應(yīng)用斯托克斯拉曼散射光譜研究樣品表面相組成，采用型號(hào)為inVia-Reflex 光譜儀，選擇532 nm 的激發(fā)光作為光源，輸出激光功率設(shè)定為50 mW 以避免樣品的局部升溫和升溫引起的相分離。傅里葉紅外光譜（FTIR）主帶位置可以反映SiO2薄膜中氧化物基體的組成和其氧含量的變化［11-14］，其譜線形狀變化可以反映SiO2薄膜結(jié)構(gòu)變化，采用Nicolet is50 儀器在4 000～100 cm-1的光譜范圍內(nèi)選擇全反射模式（ATR）對(duì)樣品進(jìn)行FTIR 測(cè)量，測(cè)量區(qū)域深度為0.7-2.2μm，測(cè)量精度為1 cm-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉曼散射光譜

圖1 顯示了不同鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的拉曼散射光譜。圖1（a）顯示了I 鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的拉曼散射光譜，電子輻照前SiO2薄膜的拉曼光譜在～280 cm-1處出現(xiàn)襯底Si 的特征譜帶；當(dāng)輻照注量不超過(guò)5×1015e∕cm2時(shí)，拉曼光譜僅顯示出～280 cm-1處襯底Si 的特征譜帶；提高輻照注量到1×1016e∕cm2時(shí)，除在～280 cm-1處襯底Si的特征譜帶，在～520 cm-1處出現(xiàn)襯底Si 的特征譜帶，在～150 cm-1處和～480 cm-1處出現(xiàn)非晶硅的特征譜帶。拉曼散射光譜結(jié)果證明SiO2薄膜在1 MeV 電子輻照下當(dāng)輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm2時(shí)，I 鈍化工藝SiO2薄膜中形成了非晶硅，相較于無(wú)鈍化層SiO2薄膜在1 MeV電子輻照后輻照注量達(dá)到1×1015e∕cm2時(shí)就形成非晶硅，I鈍化工藝SiO2薄膜對(duì)1 MeV 電子輻照后形成非晶硅的抵抗能力更強(qiáng)；圖1（b）顯示了II 鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的拉曼散射光譜，電子輻照前SiO2薄膜的拉曼光譜在～280 cm-1和～520 cm-1處出現(xiàn)襯底Si 的特征譜帶；當(dāng)輻照注量達(dá)到1×1015e∕cm2時(shí)，拉曼光譜僅顯示出～280 cm-1及～520 cm-1處襯底Si 的特征譜帶；當(dāng)輻照注量增加到5×1015e∕cm2時(shí)，拉曼光譜除顯示出～280 cm-1處襯底Si 的特征譜帶，在～150 cm-1及～480 cm-1處出現(xiàn)非晶硅的特征譜帶；提高輻照注量到1×1016e∕cm2時(shí)，在～150 cm-1處和～480 cm-1處出現(xiàn)非晶硅的特征譜帶。拉曼散射光譜結(jié)果證明SiO2薄膜在1 MeV 電子輻照下當(dāng)輻照注量達(dá)到5×1015e∕cm2時(shí)，II 鈍化工藝SiO2薄膜中形成了非晶硅，但非晶硅含量并未隨輻照注量的增加而增加；圖1（a）顯示了III 鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的拉曼散射光譜，電子輻照前無(wú)鈍化層SiO2薄膜的拉曼散射光譜在～280 cm-1處出現(xiàn)襯底硅的特征譜帶；1 MeV 電子輻照后，SiO2薄膜的拉曼散射光譜在～280 cm-1及～520 cm-1處出現(xiàn)襯底Si 的特征譜帶，與輻照前相比僅多出～520 cm-1處襯底Si 的特征譜帶。拉曼散射光譜結(jié)果表明經(jīng)1 MeV 電子輻照后III 鈍化工藝SiO2薄膜的表面相組成未發(fā)生明顯變化。

圖1 不同鈍化工藝經(jīng)不同注量1 MeV電子輻照前后SiO2薄膜的拉曼散射光譜Fig.1 Raman scattering spectra of SiO2 films before and after different passivation processes irradiated with different fluences of 1 MeV electrons

2.2 傅里葉紅外光譜

圖2 顯示了不同鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的傅里葉紅外光譜。圖2（a）顯示了I 鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的傅里葉紅外光譜，1 MeV 電子輻照前I鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR 光譜，在～932 cm-1及～820 cm-1處出現(xiàn)SiOx反射波谷，其中～820 cm-1處為反射波谷最小值；在～1 100 cm-1及～1 040 cm-1處出現(xiàn)SiO2反射波谷，其中～1 100 cm-1處為反射波谷最小值。對(duì)于I 鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR 光譜與無(wú)鈍化層SiO2薄膜的FTIR 光譜在SiOx反射波谷譜帶形狀存在差異的原因應(yīng)為I 鈍化工藝SiO2薄膜晶體SiOx層結(jié)構(gòu)與無(wú)鈍化層SiO2薄膜晶體SiOx層結(jié)構(gòu)存在一定差異，導(dǎo)致SiOx的振動(dòng)發(fā)光模式出現(xiàn)一定程度的差異進(jìn)而導(dǎo)致此現(xiàn)象的產(chǎn)生，此現(xiàn)象表明1 MeV電子輻照后，I鈍化工藝SiO2薄膜內(nèi)部硅氧元素之比未發(fā)生變化。1 MeV 電子輻照后，I鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR 光譜反射波谷的位置未發(fā)生明顯變化且其不隨輻照注量的增加而改變。此外，1 MeV 電子輻照后，I 鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR 光譜譜線形狀發(fā)生明顯變化，具體表現(xiàn)為以～932 cm-1為中心的反射波谷與輻照前相比無(wú)明顯變化，以～820 cm-1為中心的反射波谷發(fā)生明顯縮小，反射波谷最小值位置由～820 cm-1處變?yōu)椤?32 cm-1處，分析原因應(yīng)為1 MeV 電子輻照后，晶體SiOx內(nèi)部形成大量A1缺陷，A1缺陷的形成影響了SiOx內(nèi)部的振動(dòng)發(fā)光模式，進(jìn)而致使以～820 cm-1為中心的反射波谷發(fā)生明顯縮?。徊⑶耶?dāng)輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm2時(shí)，以～932 cm-1為中心的反射波谷發(fā)生明顯縮小，以～820 cm-1為中心的反射波谷進(jìn)一步縮小，分析原因應(yīng)為當(dāng)輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm2時(shí)，晶體SiOx內(nèi)部A1缺陷明顯增加，導(dǎo)致以～820 cm-1為中心的反射波谷進(jìn)一步縮小，同時(shí)形成A2缺陷導(dǎo)致SiOx內(nèi)部的振動(dòng)發(fā)光模式進(jìn)一步發(fā)生變化，導(dǎo)致以～932 cm-1為中心的反射波谷發(fā)生明顯縮小。以～1 100 cm-1和～1 040 cm-1處為中心的反射波谷輻照后均發(fā)生相對(duì)明顯的縮小，且其形狀隨輻照注量增加未發(fā)生明顯變化，分析原因應(yīng)為1 MeV 電子輻照后非晶SiO2層內(nèi)部同時(shí)形成B1缺陷和B2缺陷，B1、B2缺陷導(dǎo)致非晶SiO2振動(dòng)發(fā)光模式發(fā)生變化，并且B1、B2缺陷不隨輻照注量的增加而增加，進(jìn)而致使這一現(xiàn)象的發(fā)生。

圖2 不同鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV電子輻照前后的傅里葉紅外光譜Fig.2 Fourier infrared spectra of SiO2 films with different passivation processes before and after 1 MeV electron irradiation with different fluences

圖2（b）顯示了II鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV電子輻照前后的傅里葉紅外光譜，1 MeV電子輻照前II工藝SiO2薄膜的FTIR光譜，在～932 cm-1及～820 cm-1處出現(xiàn)SiOx反射波谷，其中～932 cm-1處為反射波谷最小值；在～1 100 cm-1及～1 040 cm-1處出現(xiàn)SiO2反射波谷，其中～1 100 cm-1處為反射波谷最小值。此現(xiàn)象說(shuō)明II鈍化工藝SiO2薄膜結(jié)構(gòu)與I鈍化工藝有明顯差異。1 MeV電子輻照后，II鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR光譜反射波谷的位置未發(fā)生明顯變化且其不隨輻照注量的增加而改變。此外，1 MeV電子輻照后，II鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR光譜譜線形狀發(fā)生明顯變化，具體表現(xiàn)為以～932 cm-1為中心的反射波谷與輻照前相比無(wú)明顯變化，以～820 cm-1為中心的反射波谷在輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm2后發(fā)生明顯縮小，分析原因應(yīng)為1 MeV電子輻照后，當(dāng)輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm2后，晶體SiOx內(nèi)部才會(huì)形成大量A1缺陷，A1缺陷的形成影響了SiOx內(nèi)部的振動(dòng)發(fā)光模式，進(jìn)而致使以～820 cm-1為中心的反射波谷發(fā)生明顯縮小。1 MeV電子輻照后，以～1 100 cm-1處為中心的反射波谷輻照后均發(fā)生相對(duì)明顯的縮小，且其形狀隨輻照注量增加未發(fā)生明顯變化，分析原因應(yīng)為1 MeV電子輻照后非晶SiO2層內(nèi)部形成B2缺陷，B2缺陷導(dǎo)致非晶SiO2振動(dòng)發(fā)光模式發(fā)生變化，并且B2缺陷不隨輻照注量的增加而增加，進(jìn)而致使這一現(xiàn)象的發(fā)生；1 MeV電子輻照后，以～1 040 cm-1處為中心的反射波谷在輻照注量不超過(guò)5×1015e∕cm2時(shí)會(huì)發(fā)生一定程度的縮小，而當(dāng)輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm2后，此反射波谷會(huì)發(fā)生一定程度突出，分析原因應(yīng)為在輻照注量不超過(guò)5×1015e∕cm2時(shí)1 MeV電子輻照致使非晶SiO2中形成少量B1缺陷，此缺陷影響SiO2在～1 040 cm-1處的振動(dòng)發(fā)光，使得以～1 040 cm-1處為中心的反射波谷發(fā)生縮小，當(dāng)輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm22后，非晶SiO2中形成另一種缺陷（本文定義為B′1缺陷，但缺陷結(jié)構(gòu)未知），B′1缺陷同樣影響～1 040 cm-1處的振動(dòng)發(fā)光，B′1缺陷B1缺陷影響效果疊加后致使～1 040 cm-1處為中心的反射波谷發(fā)生突出。

圖2（c）顯示了II 鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的傅里葉紅外光譜，1 MeV 電子輻照前，III 鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR 光譜在～932 cm-1及～820 cm-1處出現(xiàn)SiOx反射波谷，且這兩個(gè)反射波谷的相對(duì)強(qiáng)度幾乎相同；在～1 100 cm-1及～1 040 cm-1處出現(xiàn)SiO2反射波谷，其中～1 100 cm-1處為反射波谷最小值。此現(xiàn)象說(shuō)明III鈍化工藝SiO2薄膜結(jié)構(gòu)與上述三個(gè)工藝的SiO2薄膜結(jié)構(gòu)有明顯差異。1 MeV 電子輻照后，III 鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR 光譜反射波谷的位置未發(fā)生明顯變化且其不隨輻照注量的增加而改變。此外，1 MeV 電子輻照后，III 鈍化工藝SiO2薄膜的FTIR 光譜譜線形狀發(fā)生明顯變化，具體表現(xiàn)為以～932 cm-1為中心的反射波谷與輻照前相比無(wú)明顯變化，以～820 cm-1為中心的反射波谷發(fā)生一定程度縮小，且其縮小程度并未隨輻照注量的增加而增大，分析原因應(yīng)為1 MeV 電子輻照后，晶體SiOx內(nèi)部才會(huì)形成A1缺陷，A1缺陷的形成影響了SiOx內(nèi)部的振動(dòng)發(fā)光模式，進(jìn)而致使以～820 cm-1為中心的反射波谷發(fā)生一定程度縮小，且A1缺陷濃度并不隨輻照注量的增加而增加。1 MeV 電子輻照后，以～1 100 cm-1處為中心的反射波谷輻照后均發(fā)生一定程度縮小，且其形狀隨輻照注量增加未發(fā)生明顯變化，分析原因應(yīng)為1 MeV 電子輻照后非晶SiO2層內(nèi)部形成B2缺陷，B2缺陷導(dǎo)致非晶SiO2振動(dòng)發(fā)光模式發(fā)生變化，并且B2缺陷濃度不隨輻照注量的增加而增加，進(jìn)而致使這一現(xiàn)象的發(fā)生；1 MeV 電子輻照后，以～1 040 cm-1處為中心的反射波谷會(huì)發(fā)生一定程度的突出，且隨輻照注量的增加突出程度略有增大，分析原因應(yīng)為1 MeV 電子輻照致使非晶SiO2中形成B′1缺陷，B′1缺陷影響SiO2在～1 040 cm-1處的振動(dòng)發(fā)光，致使～1 040 cm-1處為中心的反射波谷發(fā)生突出，并且B′1缺陷隨輻照注量的增加而略有增加。

2.3 X射線光電子能譜

圖3 顯示了I 鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV電子輻照前后的O 1s XPS光譜圖。

圖3 I鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV電子輻照前后的O 1s XPS光譜Fig.3 O 1s XPS spectra of SiO2 film in I passivation process before and after 1 MeV electron irradiation with different fluences

1 MeV 電子輻照前SiO2薄膜的O 1s XPS 光譜分別在532.06 eV 和530.8 eV 處出現(xiàn)c-SiO2和α-SiO2的特征峰。1 MeV 電子輻照后，當(dāng)輻照注量為1×1015e∕cm2時(shí)，SiO2薄膜的O 1s XPS 光譜仍在532.06 eV 和530.8 eV 處出現(xiàn)c-SiO2和α-SiO2的特征峰；當(dāng)輻照注量增加到5×1015e∕cm2時(shí)，SiO2薄膜的O 1s XPS 光譜除上述兩個(gè)峰外，在533.14 eV 處出現(xiàn)雙氧根離子（O22-）的峰［12］；當(dāng)輻照注量增加到1×1016e∕cm2時(shí)，533.14 eV 處雙氧根離子（O22-）的峰相對(duì)強(qiáng)度比低注量時(shí)略有提高。XPS 結(jié)果證明了經(jīng)1 MeV 電子輻照后I 鈍化工藝SiO2薄膜中也會(huì)形成了雙氧根離子（O22-），并且SiO2薄膜中雙氧根離子（O22-）的含量基本隨輻照注量的增加而增加。

圖4 顯示了II 鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV 電子輻照前后的O 1s XPS 光譜圖。由圖4 可看出，1 MeV 電子輻照前SiO2薄膜的O 1s XPS光譜分別在532.06 eV 和530.8 eV 處出現(xiàn)c-SiO2和α-SiO2的特征峰。1 MeV 電子輻照后，當(dāng)輻照注量為1×1015e∕cm2時(shí)，SiO2薄膜的O 1s XPS 光譜除在532.06 eV 和530.8 eV 處出現(xiàn)c-SiO2和α-SiO2的特征峰，在533.14 eV 處出現(xiàn)雙氧根離子（O22-）的峰；當(dāng)輻照注量增加到5×1015e∕cm2時(shí)，在533.14 eV處出現(xiàn)雙氧根離子（O22-）的峰相對(duì)增強(qiáng)；當(dāng)輻照注量增加到1×1016e∕cm2時(shí)，533.14 eV 處雙氧根離子（O22-）的峰相對(duì)強(qiáng)度與輻照注量為5×1015e∕cm2時(shí)無(wú)明顯變化。XPS 結(jié)果證明了經(jīng)1 MeV 電子輻照后無(wú)鈍化層SiO2薄膜中也會(huì)形成了雙氧根離子（O22-），并且SiO2薄膜中雙氧根離子（O22-）的含量在輻照注量不超過(guò)5×1015e∕cm2時(shí)隨輻照注量的增加而增加，超過(guò)5×1015e∕cm2時(shí)無(wú)明顯變化。

圖4 II鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV電子輻照前后的O 1s XPS光譜Fig.4 O 1s XPS spectra of SiO2 film in II passivation process before and after 1 MeV electron irradiation with different fluencies

圖5顯示了III鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV電子輻照前后的O 1s XPS光譜圖。1 MeV電子輻照前SiO2薄膜的O 1s XPS光譜分別在532.06 eV、530.8 eV 和533.14 eV 處出現(xiàn)c-SiO2、α-SiO2和雙氧根離子（O22-）的特征峰。1 MeV 電子輻照后，SiO2薄膜的O 1s XPS光譜在533.14 eV處雙氧根離子（O22-）的峰略有增強(qiáng)，且增強(qiáng)幅度并未隨輻照注量的增加而增大。XPS結(jié)果表明III鈍化工藝SiO2薄膜內(nèi)部本來(lái)就含有雙氧根離子（O22-），經(jīng)1 MeV電子輻照后雙氧根離子（O22-）含量略有增加，但其并不隨輻照注量的增加而增加。

圖5 III鈍化工藝SiO2薄膜經(jīng)不同注量的1 MeV電子輻照前后的O 1s XPS光譜Fig.5 O 1s XPS spectra of SiO2 film in III passivation process before and after 1 MeV electron irradiation with different fluences

3 結(jié)論

I 鈍化工藝柵介質(zhì)用SiO2薄膜在1 MeV 輻照后，當(dāng)輻照注量達(dá)到1×1016e∕cm2時(shí)，其表面非晶SiO2層中形成納米尺度的非晶硅（α-Si）及納米晶硅（nc-Si）復(fù)合團(tuán)簇顆粒，且形成缺陷結(jié)構(gòu)未知的A1、A2、B1及B2缺陷；II 鈍化工藝柵介質(zhì)用SiO2薄膜在1 MeV 輻照后，當(dāng)輻照注量達(dá)到5×1015e∕cm2時(shí)，其表面非晶SiO2層中形成納米尺度的非晶硅（α-Si）及納米晶硅（nc-Si）復(fù)合團(tuán)簇顆粒，形成缺陷結(jié)構(gòu)未知的A1、B1、及B′1缺陷；III 鈍化工藝柵介質(zhì)用SiO2薄膜在1 MeV 輻照后，未形成純硅相團(tuán)簇及聚集的雙氧根離子輻射缺陷，僅形成缺陷結(jié)構(gòu)未知的A1、B′1及B2缺陷。