钛溅射和硅化钛形成在硅中引进深能级的研究

利用DLTS技术详细研究经钛溅射和RTA950℃处理在n型和p型硅里引进的深能级.结果表明在n型硅里有二个,在p型硅里有三个深能级生成.这些能级的浓度在10~(13)—10~(14)cm~(-3)之间.它们的产生可归因于替位钛原子,钛与RTA相互作用的络合物.     

重掺杂硅的热氧化

研究干氧和湿氧(95℃H_2O)氧化膜厚度在0.10～1.0μ,温度在920℃～1200℃的范围内重掺杂硅氧化特性,研究硅掺硼(1×10~(16)～2.5×10~(20)cm~(-3))或掺磷(4×10~(15)～1.5×10~(20)cm(-3)),以及这两种元素在硅表面的淀积。当硼浓度大于1×10~(20)/cm~3的情况,所有温度下氧化速率增加,而干氧氧化时这种影响最明显。1000℃以上,P掺硅氧化速率增加没有这样快,而920下,P的浓度1×10~(19)cm~(-3)或更高,结果使氧化速率有明显的增加,磷掺杂的影响在湿氧中最明显,这个结果可以用改硅热氧化时杂质再分布来园满地介释。这些考虑还能得到其他杂质重掺杂影响氧化速率的试验值。 高温度下，硅在各种氧化气氛中反应生成SiO_2,单晶硅热氧化的动力学是最近几篇论文的题目（1-5）。这些论文作者报导了起过所研究的浓度范围时氧化速率不依赖于体掺杂浓度。受主杂质和花主杂质的浓度从很低的值（本证硅）到大概象1×10~(20)cm~(-3)那样高，然而还要注意，氧化杂质浓度大于10~（20）cm~(-3)的硅表面时，氧化速率经常偏离标准值为6或7。对于大部分偏差用做器件的扩散工艺的样品来发现的。近来，发展表面控制器件和集成电路中哇氧化的作用日益重要，同时精密控制氧化层的厚度变得更有兴趣（8，9）。因此，着于研究决定对掺杂     

利用掺杂的多晶硅扩散源改进薄基区晶体管的工艺

以浓掺杂的多晶硅做为扩散源用在薄基区晶体管的砷扩散和磷扩散的一种新工艺已经发展起来。它包含用化学气相淀积方法淀积掺杂的多晶硅(掺杂的多晶硅以下称为DOPOS)和在氧化环境中的扩散过程。扩散过程中,在DOPOS表面上形成硅氧化膜,它阻止了杂质的外扩散并导致了杂质在DOPOS层中的凝聚。这样一来,通过1000℃的扩散可以在硅衬底中引起大约2×10~(20)原子/厘米~3的高表面浓度。背面散射分析表明在DOPOS和硅衬底的接触面上没有杂质积累;也就是说没观察到堆积现象。DOPOS工艺在重复性和器件大量生产方面是优越的,尤其作为砷发射极扩散方法更有效。由于在扩散过程以后在发射区上面保留了DOPOS,因此成功地防止了铝电极引起的发射极-基极短路。在单个晶体管情况下(As—DOPOS),f_T达5千兆赫;对电流型逻辑门电路的单片集成电路(P—DOPOS),t_(oa)在35毫瓦/门电路时达0.6毫微秒。     

用固溶强化模型计算InP中等价电子杂质对位错的钉扎力

本文根据固溶强化模型,考虑了等价电子杂质在InP单晶中的溶解度以及掺入杂质与基质原子之间共价半径之差引起的弹性失配.计算了这些杂质在InP 中对位错的钉扎力可达10~9～10~(10)达因/厘米~2,从而很好地解释了等价电子杂质降低位错密度的作用.     

用电子束激发刻蚀法在硅上直接绘制图形

本文实例说明了采用X_eF_2源的电子束诱发表面反应可在硅上直接描绘图形。Si(100)的电子束激发腐蚀深度与电子剂量成正比;在10kV加速电压、4×10~(-3)C/cm~2剂量和5mTorr气压条件下,电子束激发腐蚀的刻蚀深度为500nm;采用X_eF_2源的电子激发刻蚀具有极高的、大约每个电子腐蚀100个硅原子的刻蚀率。并己用4×10~(-3)C/cm~2剂量加工出0.5μm线宽的图形。     

半导体表面沾污的放化研究——痕量杂质在硅和二氧化硅上的沉积

用放化示踪原子法研究了八种低能级杂质元素对硅和二氧化硅表面的沾污。标记痕量组分使用的放射性同位素是 Au~(198)、Cu~(64)、Fe~(59)、Gr~(51)、Zn~(65)、sb~(122)、Sb~(124)、Mn~(54)和 Mo~(99)。以试剂组成,溶液中的杂质浓度、浸泡时间和温度、吸附剂的表面条件以及溶液中有或没有螫合剂为函数研究了在制造硅器件时这些杂质从使用的典型试剂溶液中的沉积。对各种解吸处理加以评论,例如在水、酸、络合剂和螫合化合物中洗涤。比较了从试剂溶液中沉积的各种杂质的数值,在这里列出了数据,每种杂质的浓度通常是固定在4ppm(重量/体积),用每平方厘米的原子数表示。硅片在 HF+HNO_3混合液中腐蚀时,有的加入 CH_3CO_2H 或 I_2,有的则不加,都含有一种指定的放射性示踪原子,表面浓度数值如下:10~(13)Au/厘米~2,10~(12)Cr/厘米~2,10~(11)Cu/厘米~2,小于10~(11)Mn/厘米~2和10~(10)或更少的 Fe/厘米~2,这些数值表明仅覆盖硅单原子层的一小部分。由于硅没腐蚀时氧化物表面就被溶解了,产生了不可阻止的电化学置换镀敷,所以从 HF 中沉积,这种情况是极其严重的。用相应离子标记这种试剂得到表面浓度为3×10~(16)Cu/厘米~2、7×10~(14)Au/厘米~2、4×10~(14)Cr/厘米~2和1×10~(11)Fe/厘米~2。Sb 和 Mo 也沉积,但锌离子不沉积,它在 HF 中强烈地被络合。硅从浓 HNO_3、HCl 或王水中吸附痕量金属只有2～4×10~(12)Au 或 Cu/厘米~2和3×10~(11)Fe/厘米~2,因为在这些酸中氧化膜保护了硅。如果表面预先处理生成氧化层,用含放射性铜的热去离子水和蒸馏水洗涤硅片,则得到同样低的数据。二氧化硅就是这类吸附表面的最典型的例子,甚至得到更低的吸附,包括浸在 HF 中。但是氧化物被溶掉(氟化物效应),硅从无机酸或水中会吸附大量金属。从稀 H_2O_2中吸附金属离子有波动,与条件有关,但通常吸附作用是强烈的。在硅腐蚀的条件下(100℃),从5%NaOH 中的沉积是2×10~(16)Cu/厘米~2、6×10~(15)Fe/厘米~2、1×10~(15)Au/厘米~2和5×10~(13)Sb/厘米~2。硅表面结构和光洁度(氧化层除外),掺杂类型和浓度,以及浴浸时间对杂质沉积量没有多大影响。杂质沉积的最终数量对杂质沉积的 log 通常与溶液中的杂质浓度成正比,并且一般地成直线 log-log 关系。在试剂溶液中加入螯合剂防止杂质在硅上沉积一般是不太有效的,但是有些螫合剂能够从半导体表面除去沉积的金属。在酸性 H_2O_2中络合溶解得到极好的结果。对解吸沉积的 Fe 来说,HCI 效果是显著的。     

硅的钴溅射引进深能级的研究

利用DLTS技术详细研究了经钴溅射并在不同温度下的RTA在n型和p型硅里引进的深能级。结果表明在n型硅里有五个深能级生成,这些能级的浓度较低,分布在2×10~(10)—1×10~(11)cm~(-3)范围内。它们可归因于替位的钴原子,钴与RTA的互作用或钴与缺陷的络合物。     

硅中间隙式4d过渡金属杂质的电子结构

本文用Xα-SW法研究硅中间隙式4d过渡金属杂质的电子结构.计算结果表明杂质在硅晶体的禁带中引起深能级.和硅中间隙式3d过渡金属杂质的电子结构相比较,我们得到以下两个重要结论:(1)硅中间隙式4d和3d过渡金属杂质性质有类似的化学趋势;(2)发现Pd杂质原子的4d电子态受到周围晶体场作用所产生的位于价带中的成键态dt_2和de(价带中的共振态)有异常大的能量差,即受到很大晶格场劈裂.     

Sl-GaAs单晶的热稳定性研究

SI-GaAs衬底材科的热稳定性对于用直接离子注入工艺制作GaAs场效应器件及集成电路是至关重要的.本文采用变温霍耳效应测量、光注入瞬态电流谱(OTCS)和原子吸收光谱等方法研究了热稳定性差的不掺杂LEC SI-GaAs单晶.结果表明,原子吸收光谱分析发现此晶体存在6.7×10~(15)cm~(-3)Fe杂质,其他两种方法观察到一个～0.62eV深能级.文中推测这是与杂质Fe有关的深受主,认为它对不掺杂LBC SI-GaAs单晶的热稳定性可能有重大影响.     

采用MOCVD法生长的高纯度GaAs外延层及其在微波MESFET中的应用

伴随用(CH_3)_3Ga/AsH_3系的MOCVD工艺获得用于微波器件高纯GaAs外延层,而对原材料质量和生长参数的影响因素进行了研究。发现外延层的质量主要受(CH_3)_3Ga纯度的限制。用无焰原子吸收分光光度法分析表明;(CH_3)_3Ga源中的杂质硅与其他金属杂质相比是大量的。使用减少杂质含量后的精馏纯(CH_3)_3Ga和最佳的生长条件,获得了外延层的电子迁移率μ_(77)=139000cm~3/V·s,电子浓度为3.7×10~(14)/cm~3。在半绝缘GaAs衬底上,连续地生长出适用于低噪声MESFET的n~- n n~+外延层。外延层纯度的改进有可能生长出不受衬底影响的足够厚的n~-缓冲层。使用栅极尺寸为0.5μm×300μm所制造的铝栅MESFET,在12GHz下显示出噪声系数为2.0dB,相关增益为8.2dB,最大最佳增益值为12dB。     

分子束外延中的掺硼工艺

我们在硅分子束外延中利用共蒸发B_2O_3的方法在硅中进行硼掺杂,掺杂浓度可控制在4×10~(17)cm~(-3)至4.2×10~(19)cm~(-3)之间,这说明不需要利用离子注入或高温掺杂炉,也可以在硅外延层中实现有效的P型硼掺杂.我们还对掺杂外延层的质量进行了初步分析:外延层剖面均匀、没有明显的偏析现象;当硅源速率在 2A/s时,外延层中氧含量与衬底相同.     

非晶硅磷掺杂固相效率的计算

本文介绍一种计算高质量GDa-Si磷掺杂固相效率η(S)的方法。所得的结果是:当掺杂剂气相浓度C(g)等于固相浓度C(S)时,对于C(g)<10~(-4),η(S)是常数,其值为20％,即a-Si薄膜中四配位磷原子密度N(P_4~+)与三配位磷原子密度N(P_3~0)之比是1/4;对于C(g)>10~(-4),、η(S)服从Street定律,其值为10~(-2)～10~(-3)。N(P_4~+)/N(P_3~0)～1/100。P_3~0P_4~0—D之间的热平衡反应常数K～10~(16)cm~(-3)。但是,当C(g)≤10~(-6)时,K可降到10~(16)cm~(-3)。     

整流和开关二极管中子辐射效应

本文介绍核电子学线路及核仪器中应用相当广泛的整流和开关二极管在中子辐射后性能的变化,即正向压降和反向电流增加。中子辐射在半导体材料产生缺陷的载流子去除效应及少数载流子寿命的减少是其主要的损伤机理。实验表明,硅整流二极管中子辐射容限在3×10~(12)～4×10~(13)n/cm~2;;硅开关二极管的中子辐射容限在5×10~(15)～3×10~(16)n/cm~2;锗、砷化镓开关二极管的中子辐射容限较硅器件要低。     

LPCVD氮化硅膜中的氢含量及其对pH-ISFET敏感特性的影响

本文利用共振核反应定量地确定了LPCVD氮化硅敏感膜中,氢原子浓度及其分布.我们不仅证实了在825℃温度下,淀积的氮化硅敏感膜内存在氢原子,而且敏感膜表面所存在氢原子浓度为8—16×10~(21)cm~(-3),它高于敏感膜体内,其体内的氢原子浓度为2-3×10~(21)cm~(-3),而且敏感膜表面氢原子浓度大小与膜表面的制备条件密切相关,同时我们还利用傅利叶交换红外透射吸收光谱,确定了LPCVD氨化硅敏感膜中存在Si-O(1106cm~(-1))N-H(1200cm~(-1)),Si-H(2258cm~(-1))和N-H(3349cm~(-1))的化学键配位结构.敏感膜表面氧的存在严重地影响ISFET的能斯特响应和线性范围,而敏感膜表面的Si-H,N-H和N-Si 的化学键结构存在,有利于改善pH-ISFET 的灵敏度和线性范围.     

红外辐照退火硼离子注入硅的后热处理特性研究

本文研究了硼离子注入硅经红外辐照退火后的热处理特性.实验发现,对于20keV,3.5×10~(14)cm~(-2)~(11)B离子注入硅样品,经10秒到几十秒红外辐照后再进行不同温度的后热处理,表面薄层电阻随退火温度呈规律性变化,在1050℃附近达到最小值,此时杂质的电激活率大于100%.     

高浓度注砷硅的红外瞬态辐照退火

用高温石墨作为红外辐射源,对高浓度的注砷硅进行了瞬态(13 秒)辐照,达到非常好的退火效果.对于10~(16)cm~(-2)剂量的注砷硅可达到100％的电激活,且损伤恢复比热退火(1100℃,30分)情况要好,引起的注入原子的再分布比常规的高温热退火要小得多.用本方法退火的注砷硅PN结具有良好的电特性。因此,在 VLSI工艺中它是一种很有应用前景的离子注入退火技术.     

注氧SOI层中位错的减少

在两次热处理之间,用150keV的能量,以4×10~(17)/cm~2的剂量(低于临界值)连续注入氧并进行退火,减少了绝缘体上硅层中的位错。退火在1250℃下进行了17小时。对这种硅片上生长的薄外延层进行腐蚀,获得了小于10~3/cm~2的位错密度,而采用超过临界剂量值的一次注入,其位错密度为10~9/cm~2。既然外延层中的位错是从注入硅层中的位错上生长起来的,因此我们预计,注入硅层顶部的位错将降低 六个数量级。在透射电子显微镜的断面和平面观测中,未见到线型位错,这就增强了这种预测的可靠性。     

冷原子成像谱仪中靶表征及光电离研究

将冷原子、超快和强激光技术结合,本课题组最近成功研发了一种新型磁光阱反冲离子动量谱仪(MOTRIMS)装置。介绍了MOTRIMS工作原理,使用吸收成像法和光电离法对靶的密度、温度和速度进行分析标定,得到三维MOT靶的温度为(130±30)μK,速度为(0.1±0.1) m/s,密度约为10~9 atom/cm~3,二维MOT和molasses靶的密度分别约为10~7 atom/cm~3和10~8 atom/cm~3。对比热蒸气靶,在离子飞行方向上冷原子靶的动量分辨率提高了约14倍,飞行时间谱的质量分辨率高达3000。利用800 nm飞秒激光探测Rb~+的三维动量分布,在低激光强度10~(11) W/cm~2下观测到明显的阈上电离现象,表明铷原子有很大的阈上电离截面。MOTRIMS具有高分辨离子动量分布全空间成像能力,是研究金属原子强场量子微观动力学的新工具。     

钛在硅浅结互连中引进深能级的研究

钛在硅浅结互连中作为铝硅阻挡层已成功地应用在器件工艺中。但它在P-Si一侧引进一个深能级中心,其能级位置在Ev+0.38eV,浓度分布为(-3)×10~(12)cm~(-3);在N-Si一侧引进三个深能级中心:E_c-0.22eV,E_c—0.40eV和E_c-0.55eV,其浓度分布在(1.6—2.6)×10~(11)cm~(-3)。有关参数表明,它对器件的性能有一定的影响。     

Si,As双注入GaAs的RTA研究

本文研究了Si注入GaAs的快速退火(RTA)特性。得出930—950℃退火5s为最佳退火条件。测量结果表明,当注入剂量大于10~(13)cm~(-2)时,电子浓度呈饱和现象。为提高电子浓度本文提出Si,As双注入GaAs的方法,研究了(60—80)keV,(5—10)×10~(14)Si/cm~2+(150—180)keV,(5—30)×10~(14)As/cm~2注入并经RTA后的电特性。结果表明,双注入后样品中电子浓度有明显提高,对80keV,10~(15)Si/cm~2+150keV,3×10~(15)As/cm~2来说,电子浓度大于10~(19)cm~(-3)。TEM观察表明,双注入样品的剩余缺陷密度大大低于单注入的情况。本文并对双注入补偿机理进行了讨论。