用背散射和沟道技术分析异质外延硅层的缺陷

<正> 近几年来,在绝缘体上进行外延硅层生长得到了很大的重视.其中以蓝宝石和尖晶石为基体的外延硅层研究得较多,因为这种外延层较薄(典型值～1μm),基体绝缘性好,耐辐照性能强;用这样的材料做MOS集成电路,具有高频性能好、耐辐照的优点,特别适用于宇航环境.但这种外延层(称异质外延)不容易做得好,这种外延层中往往存在着大量堆垛缺陷和孪晶薄层.在实践中,人们常需采用各种有效的实验手段来测试外延层的质量,以研究工艺过程中有关条件对质量的影响,从而选择最佳的工艺条件.     

用离子自注入改善SOS单晶膜质量的研究

用炉退火和快速红外退火对经过Si离子注入的厚度为0.3—0.54微米的蓝宝石上硅膜(SOS)进行固相外延,并用离子背散射沟道技术和剖面电子显微技术研究其晶体质量的改善.用俄歇能谱结合Ar~+溅射剥层测量硅-蓝宝石界面宽度以估计界面处Al扩散的影响.炉退火和快速红外退火均可使外延膜特别是靠近界面处的晶体质量得到改善,其缺陷密度大大低于原生长膜中的缺陷密度.红外退火后界面宽度略有增加,但炉退火使界面宽度有显著增加.     

热退火γ-Al2O3/Si异质结构薄膜质量改进

采用高真空MOCVD外延技术,利用TMA(Al(CH3)3)和O2作为反应源,在Si(100)衬底上外延生长γ-Al2O3绝缘膜形成γ-Al2O3/Si异质结构材料.同时,引入外延后退火工艺以便改善γ-Al2O3薄膜的晶体质量及电学性能.测试结果表明,通过在O2常压下的退火工艺可以有效地消除γ-Al2O3外延层的残余热应力及孪晶缺陷,改善外延层的晶体质量,同时可以提高MOS电容的抗击穿能力,降低漏电电流.     

单晶硅中氢与辐照缺陷的相互作用

对NTD氢区熔单晶硅进行了不同温度下等时退火,采用Hall电学方法测量了电阻率、迁移率随退火温度的变化规律.利用红外吸收技术测量了单晶硅氢区熔退火前后及NTD氢区熔单晶硅不同退火温度下与氢、辐照缺陷有关的红外振动吸收峰变化,对辐照缺陷的退火行为进行了探讨.实验证实NTD氢区熔单晶硅在150～650℃范围内等时退火具有显著特点:在500℃下退火,出现电阻率极小值,即出现浓度很高的过量浅施主;P型向N型转变温度为400℃,迁移率恢复温度为500℃,载流子恢复温度为600℃,均明显低于NTD氩区熔单晶硅转型温度及迁移率和载流子恢复温度,这与氢积极参与辐照缺陷相互作用直接相关.     

蓝宝石上硅膜(SOS)肖特基结注入电流检测的电子自旋共振及Si/Al_2O_3界面缺陷

我们用高灵敏的肖特基结注入电流检测磁共振方法对蓝宝石上外延硅膜进行了研究。实验观察到一各向同性非对称的磁共振谱,经拟合它由线宽10~(-3)T,g值分别为2.0055及2.012的二线组合而成,二线强度比3.7:1。前者是硅悬挂键,后者为非晶硅价态尾态共振。实验证实该磁共振信号来自于Si/Al_2O_3界面。     

用于先进CMOS电路的150mm硅外延片外延生长

随着大规模和超大规模集成电路特征尺寸向亚微米、深亚微米发展,下一代集成电路对硅片的表面晶体完整性和电学性能提出了更高的要求.与含有高密度晶体原生缺陷的硅抛光片相比,硅外延片一般能满足这些要求.该文报道了应用于先进集成电路的150mm P/P+CMOS硅外延片研究进展.在PE2061硅外延炉上进行了P/P+硅外延生长.外延片特征参数,如外延层厚度、电阻率均匀性,过渡区宽度及少子产生寿命进行了详细表征.研究表明:150mm P/P+CMOS硅外延片能够满足先进集成电路对材料更高要求,     

借助硅片减薄重掺硅间隙氧含量低温(10K)红外测量

本文首次报道了一种新颖的重掺硅中间隙氧含量测量技术，通过硅片减薄并采用低温红外透射测量，明显降低了重掺硅自由载流子吸收的严重干扰，提高了红外吸收峰信噪比，在1136cm－1附近得到了明显的Si－O键红外吸收峰，从而可以准确地测量重掺硅间隙氧含量．实验结果表明：该测量方法具有很高的测量准确度和更宽泛的电阻率应用范围．对于重掺n型硅，其测量应用范围可扩展至电阻率1e-2Ω·cm（自由载流子浓度高达4e18cm－3）．     

热退火γ-Al2O3/Si异质结构薄膜质量改进

采用高真空MOCVD外延技术,利用TMA(Al(CH3)3)和O2作为反应源,在Si(100)衬底上外延生长γ-Al2O3绝缘膜形成γ-Al2O3/Si异质结构材料.同时,引入外延后退火工艺以便改善γ-Al2O3薄膜的晶体质量及电学性能.测试结果表明,通过在O2常压下的退火工艺可以有效地消除γ-Al2O3外延层的残余热应力及孪晶缺陷,改善外延层的晶体质量,同时可以提高MOS电容的抗击穿能力,降低漏电电流.     

Ramping热退火直拉重掺锑硅衬底片的增强氧沉淀

本文报道了一种改进本征吸杂技术——低温短时热退火工艺,以增强本征吸杂效果．在本征吸杂工艺的低温热退火中,用连续的线性缓慢升温（Ｒａｍｐｉｎｇ）退火替代常规的长时间低温恒温退火,应用于直拉（ＣＺ）重掺Ｎ型硅衬底片,明显增加了氧沉淀等体微缺陷密度,这些高密度氧沉淀物在随后ＩＣ器件热工艺中继续长大,成为稳定的高效本征吸杂中心．从经典的成核沉淀理论,讨论了Ｒａｍｐｉｎｇ热退火重掺硅衬底片增强氧沉淀机理．     

利用改进的固相外延技术改善CMOS/SOS器件的特性

ＣＭＯＳ／ＳＯＳ器件同体硅ＣＭＯＳ器件相比,载流子迁移率较低,沟道漏电电流较大,它们主要是由异质外延硅膜缺陷,特别是靠近硅蓝宝石界面的硅膜缺陷造成的．本文描述一种改进的固相外延技术提高外延硅膜质量进而改善ＣＭＯＳ／ＳＯＳ器件特性的实验结果．