单晶硅表面钝化层在低能电子辐照前后的SIMS和XPS分析

为了研究低能电子辐照对单晶硅器件表面钝化材料中产生的化学微结构的变化,在轻掺杂P型单晶硅基底上制作了三种表面钝化膜,分别是单一SiO2钝化膜、SiO2/Si3N4复合钝化膜、硼硅玻璃/Si3N4复合钝化膜,开展了表面钝化单晶硅在最大能量70 keV的加速器电子束下的辐照实验。样品在空气气氛下辐照6 h,用二次离子质谱(SIMS)测试了辐照前后三种表面钝化膜中Si、N、B的纵深变化,同时用Ar离子刻蚀X射线表面光电子能谱(XPS)对Si元素的化学结合状态进行测试分析。结果表明:对单一SiO2钝化的轻掺杂P型材料,辐照在SiO2/Si界面产生明显的材料结构变化,界面附近的SiO2不再是完整化学计量比,而是SiOx(x<2);对SiO2/Si3N4复合钝化的轻掺杂P型材料,辐照对SiO2/Si3N4界面结构影响较小,主要的影响仍然在SiO2/Si界面,SiO2辐照分解后产生的游离O元素可扩散到SiO2/Si3N4界面;辐照在硼硅玻璃/Si界面和硼硅玻璃/Si 3N 4界面引起的变化小于在SiO2/Si界面和SiO2/Si3N4界面的变化。研究表明低能电子辐照对单晶硅表面钝化层的化学微结构损伤主要存在于SiO 2/Si界面,该结构损伤并不能通过SiO2/Si3N4复合钝化得到明显改善,而采用硼硅玻璃/Si 3N 4复合钝化有助于增强单晶硅表面及钝化层各界面材料结构的稳定性。