多晶硅电学特性研究之Ⅵ:高阻多晶硅的电学性质

对砷离子注入的轻掺杂多晶硅进行了系统的实验,研究了高阻多晶硅电学特性与薄膜淀积温度,注入剂量,退火温度,退火时间和热处理周期等处理条件的关系。结果表明淀积系统的温度梯度分布使薄膜的电参数均匀性差;高阻多晶硅的电阻率对注入剂量的变化十分敏感,高温下长时间退火将使电阻率增加;轻掺杂多晶硅中的“杂质分凝”是不可逆的。高值电阻电参数调整实验也取得了较好的结果。这项工作揭示了高阻多晶硅一些未见指道过的重要性质,我们提出的晶界中的氧俘获态模型成功地解释了这些现象。     

深亚微米多晶硅熔丝特性研究

随着集成电路产业的迅速发展,熔丝电路在IC芯片中的应用越来越广泛。为了提高集成电路制造良率,在集成电路设计中通常会大量使用基于熔丝技术的冗余电路。通过对180 nm工艺多晶硅熔丝熔断特性的探索和研究,给出多种尺寸的多晶硅熔丝电熔断特征参考值,可以满足集成电路设计对编程条件和编程后熔丝阻值的不同需求。集成电路设计者通过选择不同的多晶硅熔丝尺寸种类,实现熔丝外围电压电流发生电路的灵活设计,大幅提高180 nm工艺多晶硅熔丝设计成功率。通过优化熔丝器件结构、编程条件等参数,实现不同应用需求的熔丝量产。     

多晶硅电学特性研究之Ⅲ:多晶硅晶粒边界中氧的作用

轻掺杂多晶硅的低温退火特性揭示了来自二氧化硅层中的氧对多晶硅电学行为有重要影响。本文从实验上进一步证实了氧在多晶硅晶界引入可变的载流子俘获能态,定性分析了氧俘获态随处理温度和时间的变化关系;论证了在杂质分凝效应中起主要作用的是氧俘获态,实际分凝效果比理论值和表观测量值小得多。文章对多晶硅晶界的某些性质提出了新的看法,指出晶界俘获态密度并不完全是多晶硅自身固有的和具有固定不变的数量,氧在晶界引入的可变俘获态是决定轻掺杂多晶硅电导能力的主要因素,氧在晶界可能只引入电子俘获态。这个物理模型能够合理解释轻掺杂多晶硅许多不同于重掺杂多晶硅的电学行为。     

MTM反熔丝单元编程特性研究

主要研究了编程参数对MTM反熔丝单元编程特性的影响,包括编程电压、编程电流、编程次数等。结果表明在满足最低编程电压条件下,编程电压的增大对反熔丝编程电阻无显著影响。编程电流对编程电阻的影响较大,编程电流越大,反熔丝编程电阻越小。编程次数的增多可减小编程电阻,但离散性增大。     

LPCVD掺氧多晶硅电学特性研究

本文通过测量电导率特性对LPCVD掺氧多晶硅(SIPOS)的电学特性进行了研究。结果表明,SIPOS的电学特性与其含氧量和退火温度有关。SIPOS的含氧量增加,其电导率下降;在退火过程中,随退火温度的不同,SIPOS的电导率的变化存在两个不同过程:低温退火过程中,电导率的变化与SIPOS中的Si-O键的分布和作用有关;而在高温退火过程中,电导率的变化则是SIPOS薄膜再结晶的结果。本文对SIPOS的掺杂效应也进行了研究。结果表明,SIPOS掺杂后电导率明显提高;而含氧量对掺杂后的SIPOS的电导率的提高具有明显的抑制作用。     

硼离子注入多晶硅薄膜的电学性质

本文测量了硼离子注入多晶硅薄膜经热退火及激光退火后的电学性质,并用晶界陷阱模型进行了理论计算。计算结果与实验符合。发现经激光退火后,晶粒变得足够大时迁移率最小值发生在10~(-17)Cm~(-8)附近,而不是在 N=N~*处。     

扩硼多晶硅层的电学特性

应用Van der pauw法测试了扩硼多晶硅层的电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率,对多晶硅层的厚度、淀积、温度以及硼扩散的温度和时间对这些电学特性的影响进行了研究。发现合乎硅栅MOS器件要求的硼扩散条件是950℃半小时。在此条件下测得电阻率是1.2×10~(-3)Ωcm。当多晶硅层的厚度和淀积温度增加时,由于颗粒变大,霍尔迁移率也随着增大,在本实验范围内,测得霍尔迁移率的最大值是30厘米~2/伏·秒。对硼扩散与载流子浓度的关系用多晶硅——氧化物——单晶硅结构的简化模型进行了分析。发现载流子浓度是随着一个无量纲的变量1/L_P(=D_P~t/l_y~2)的增加而增加,并且由于硼在晶粒间界的沉淀而出现饱和,饱和时的载流子浓度大约是硼在单晶硅衬底中最大固溶度的百分之四十。     

重掺硼多晶硅薄膜的电学性质

论述了重掺硼多晶硅薄膜的载流子陷阱导电模型。基于此理论,对电阻率ρ、载流子迁移率μp、电导激活能 E_a 与掺杂浓度、晶粒尺寸的关系进行了分析实验,给出了理论曲线和实验数据。最后,讨论了此理论的局限性。     

铝诱导多晶硅薄膜籽晶层的电学性质

利用磁控溅射系统在玻璃衬底上制备出具有玻璃∕铝∕非晶硅的多层膜结构样品,然后在管式退火炉中以一定的温度退火,使非晶硅晶化形成多晶硅薄膜籽晶层。扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜测试表明,铝诱导结晶后样品中的铝层已被完全置换为连续并且厚度均匀的多晶硅层,多晶硅晶粒的平均尺寸为23μm。喇曼光谱测试和X射线衍射(XRD)分析表明,多晶硅薄膜籽晶层具有良好的结晶质量,并且具有高度的(111)择优取向。霍尔测试结果表明,铝诱导多晶硅薄膜籽晶层属于高浓度p型掺杂,掺杂浓度达到了1018/cm3。分析认为铝在非晶硅晶化过程中不仅扮演了诱导金属的角色,还起到了掺杂的作用。     

微波退火法制备多晶硅薄膜的电学特性研究

为实现多晶硅薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器的实用化与产业化 ,低温 (<6 0 0°C)、快速制备高质量多晶硅薄膜已成为研究热点。文中将微波加热技术应用于金属诱导 a- Si薄膜横向晶化工艺中 ,成功实现了低温快速制备多晶硅薄膜。通过薄膜电阻率的测试 ,分析了多晶硅薄膜的电学特性。     

激光再结晶和氢退火对多晶硅电学性质的影响

连续Ar+激光再结晶能使多晶硅的电阻率下降,迁移率显著增高,对离子注入剂量为5101151015cm-2的多晶硅经激光再结晶后再进行等离子氢退火,能使其电学性质得到进一步改善,更接近于单晶硅.掺杂浓度为11017cm-3时,电阻率从1.2cm下降到0.45cm,迁移率从 62cm2/Vs增高到 271cm2/Vs,电激活能从 0.03eV下降到-0.007eV,晶界陷阱态密度从3.71011cm-2下降到 1.71011cm-2)。本文在现有多晶硅导电模型的基础上.提出了大晶粒(L=15m)多晶硅的计算公式。结果表明,在掺杂浓度在1101611020cm-3的范围内,理论和实验符合较好。     

MIC多晶硅薄膜的光学与电学特性及其优化

制备了4种P型掺杂的多晶硅薄膜;固相品化(SPC)、金属诱导(MIC)、准分子激光晶化(ELA)和低压化学气象沉积(LPCVD)多晶硅薄膜,并且研究了它们的光学特性与电学特性.结果发现,MIC多品硅薄膜具有最小的可见光吸收率;ELA和MIC有较小的方块电阻,而SPC和LPCVD方块电阻较大.最后通过对MIC多晶硅薄膜厚度的优化表明,厚度为40 nm的MIC多晶硅薄膜最适合做有机电致发光器件的像素电极.     

编程MTM反熔丝的特征电压研究

研究了不同MTM反熔丝材料的特征电压,发现特征电压不受电极材料影响而变化。电热模型理论在硅极反熔丝编程模型中得到进一步诠释和扩展,其中MTM反熔丝编程电阻与编程电流的关系也符合魏德曼-费尔兹定律。     

反熔丝型FPGA编程方法的研究

在传统的基于反熔丝可编程逻辑阵列结构的基础上,提出一种新颖的寻址编程方法.该方法通过增加额外的编程支路,减小反熔丝单元被编程后的电阻;编程前,对所有布线通道进行预充电,防止反熔丝单元被误编程.仿真和测试结果表明,与传统的编程方式相比,该方法提高了编程的可靠性.     

多晶硅的性质

在高温下(600～1000℃)用硅烷分解法于热氧化层上生长了多晶硅。从生长条件影响的角度出发研究并讨论了结晶学电学性能及其他方面的性能。发现掺硼多晶硅的导电率为生长温度、气相中B_2H_6的浓度、薄膜厚度以及载运气体的函数。而且这些因素看来似乎主要改变薄膜的载流子浓度。     

等离子体退火对多晶硅电特性的影响

0.5μm厚的多晶硅膜淀积在热生长的SiO_2上。淀积源是SiH_4,而氮气是用来稀释周围气氛的。杂质硼和磷原子分别以70和170KeV的能量注入,以便使注入深度达到膜厚的一半。注入剂量为1×10~(12)到1×10~(15)cm~(-2)。所有的样品在1000℃下热处理30分钟,目的是减少由离子注入引起的损伤并使杂质均匀地分布在多晶硅中以便使掺杂浓度可以描述为剂量与膜厚的关     

氧对多晶硅膜电特性的影响

研究常压淀积后4200A磷掺杂的多晶硅膜厚作为淀积速率的关系。利用电子微探针分析测定建立了淀积速率和多晶硅膜中氧含量之间的关系。从而说明淀积速率对膜的电特性和晶粒大小的影响。对于淀积速率低于400A/分的膜研究了氧含量大约是膜重量的1％,重量比约为1％的浓度的氧含量在高温过程中抑制晶粒生长,并且由于对膜性能的影响载流子浓度和(?)耳迁移率下降而使方块电阻增加。     

InGaN:Mg薄膜的电学特性研究

利用MOCVD生长了InGaN:Mg薄膜,研究了生长温度、掺Mg量对InGaN:Mg薄膜电学特性的影响.结果表明,空穴浓度随着生长温度的降低而升高.在相同的生长温度下,空穴浓度随掺Mg量的增加,先升高后降低.通过对这两个生长条件的优化,在760℃、CP2Mg与TMGa摩尔流量之比为2.2‰时制备出了空穴浓度高达2.4×1019cm-3的p-InGaN:Mg薄膜.这对进一步提高GaN基电子器件与光电子器件的性能有重要意义.     

无定形衬底上整形束激光再结晶多晶硅的结构与电学性质

发展在绝缘衬底上得到电子学级硅薄膜的技术有很重要的技术意义。这种薄膜在介质隔离的集成电路、大面积平面显示电路和“高层”立体集成电路方面有着潜在的应用。到目前为止,已经可以利用使化学汽相淀积(CVD)硅熔化和再结晶获得具有最好的电学性能的薄膜。这种方法的主要效果是显著增大了淀积薄膜的平均晶粒尺寸。因为晶粒间界一般有害于薄膜的电输运性质,可以增加晶粒尺寸随之减少了晶粒间界的面积,结果改善了半导体薄膜。淀积薄膜的熔化可以利用各种能源,包括