大剂量氧离子注入形成SOI结构的研究

本文利用背散射分析技术、扩展电阻测量、高能电子衍射及超高压透射电镜研究了注氧后埋SiO_2层的形成过程以及顶部剩余硅的退火行为,通过沟道背散射分析技术与霍尔测量,给出了在不同退火条件下顶部剩余硅的单晶结晶度及霍尔迁移率.结果表明:150keV下注入1.8×10~(13)O~+/cm~(?),经1250℃2h退火后,表面剩余单晶硅厚度约为1600-1900A,埋SiO_2层厚度为3000-3500A.同时,采用高温注入对于埋SiO_2层性能的改善以及顶部剩余硅的单晶恢复均是非常必要的.     

形成SOI结构的ELO技术研究

本文研究了在常压外延系统中,利用 SiCl_4/H_2/Br_2体系在SiO_2上外延横向生长(ELO)单晶硅技术.比较了Br_2和HCl对硅的腐蚀速率,发现前者对娃的腐蚀速率约比后者慢一个数量级,指出Br_2的引入有着重要意义.给出了Br_2和H_2对Si和SiO_2的腐蚀速率曲线,讨论了外延横向生长速率对SOI结构的材料表面形貌的影响.在该 SOI膜上制造了 MOS/SOI器件,其N沟最大电子迁移率为360cm~2/V.s(沟道掺杂浓度为 1×10~(16)/cm~3),源-漏截止电流为 9.4×10~(-10)A/μm.     

强束流离子注入形成SOI结构时的温升效应的计算

本文考虑了瞬态的热传导过程,用有限差分方法计算了恒流、脉冲、扫描三种离子注入形成SOI结构时的温升效应。计算结果表明,当能量大于150keV和注入剂量率超过1×10~(15)/cm~2·s时,对于一般的散热系统来说(传热系数H≈2×10~(-2)W/cm~2K),温升效应将是严重的。恒流、脉冲、扫描三种注入方式比较起来,以扫描注入的温升和温度波动为最严重,恒流注入为最低。目前,在低束流情况下,大多采用热靶(400—700℃)来制造 SIMOX或SIMNI材料,本文的计算结果指出,当剂量率超过8×10~(14)/cm~2·s时,晶片温度将超过1000K(H取2×10~(-2)W/cm~2K),这时将没有必要再用热靶,用室温靶就能满足温度要求。本文给出的理论计算方法对其它材料(如金属、陶瓷等)仍可应用。     

氧离子注入硅SOI结构的椭偏谱研究

本文利用椭偏光谱法测量了能量为200keV、剂量为2×10~(18)cm~(-2)的~(16)O~+注入Si以及退火样品.应用多层介质膜模型和有效介质近似,分析了这些样品的SIMOX结构的各层厚度以及各层中的主要组份.提出了从椭偏谱粗略估算表层Si及埋层SiO_2厚度的简单方法.研究结果表明,这种条件下的O~+注入Si可以形成SIMOX结构,经高温退火后,表层Si是较完整的单晶层,埋层SiO_2基本没有Si聚积物.椭偏谱的结果与背散射、扩展电阻测量和红外吸收光谱等结果作了比较.     

用选择外延生长硅制备SOI所涉及的问题

外延侧向附晶生长(ELO)技术是在单晶硅上面的氧化岛的边缘引晶并在氧化层上附晶生长CVD硅来形成SOI层; ELO技术用常规的外延反应炉来生长外延硅;与别的SOI方法相比,这种SOI膜的缺陷密度低而且支承ELO硅的片子不发生曲翘变形;SOI/ELO膜的电学特性,诸如迁移率和寿命,与在同样反应炉中生长的同质外延层的电学特性类似;文中讨论了与ELO和选择外延生长(SEG)相关的问题;我们将介绍缺陷结构、生长速率与图形几何尺寸的关系和附晶生长速率方面的现况,我们还将讨论ELO/SEG膜的电学特性,特别是(用CVD附晶生长形成的)SiO_2/Si界面特性;文中将描述获得在硅膜下有连续氧化层的SOI膜所用的工艺,还将讨论制备这些薄层的潜力和所面临的问题。     

氮离子注入形成的SOI结构的研究

用透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)和电子能量损失谱(EELS)对高剂量氮离子注入再经热退火所形成的硅-绝缘层(SOI)结构的纵断面进行了微区分析并测定了氮-硅元素浓度比沿深度的分布. EELS的分析证明了在绝缘层的多孔区中可能有一些以气体形式出现的氮分子. 利用EELS的低能等离子峰形成的能量选择像能够对硅和氮化硅进行相分离,并有助于估计可能引起短路的因素.     

离子注入SOI材料的红外吸收谱分析

用傅里叶红外吸收谱对不同热处理条件下的SOI样品进行了系统的分析,结果表明:对于190keV,1.8×10~(18)/cm~2N~+注入的样品,在低于1100℃的温度下退火可保持氮化硅埋层的无定形态,而～1200℃热退火则导致氮化硅埋层的结晶成核现象。对于200keV,1.8×10~(18)/cm~2O~+注入的样品,氧化硅埋层的形成是连续渐变的,注入的氧化硅埋层向常规的热氧化非晶态SiO_2转变的激活能为0.13eV。     

用分子束外延在多孔硅衬底上外延单晶硅来实现SOI结构

用 HF溶液对单晶Si片进行阳极化处理,形成多孔 Si.将多孔Si衬底放入超高真空室在小剂量的Si原子束辐照下进行加热处理,在较低温度下(725—750℃)获得了清洁有序的表面.用分子束外延在多孔Si上生长了1-2μm的单晶Si膜,其卢瑟福背散射沟道产额极小X_(min)<3％,表明外延膜的单晶性能良好.SOI结构已通过随后的侧向氧化多孔Si层获得.     

采用P^＋共同注入改进SI—GaAs Si^＋注入层的电特性

在SI—GaAs Si~+注入层中共同注入P~+可以改进注入层的电特性。P~+的共同注入提高了注入层的激活率和平均霍耳迁移率。对于Si~+注入的剂量和能量分别为4×10~(12)cm~(-2)/30keV+5×10~(12)cm~(-2)/130keV的样品,得到了激活率为75～85％,平均霍耳迁移率为4600～4700cm~2/Vs的结果。另一方面,P~+注入改进了有源层与衬底的界面特性。肖特基势垒技术测量表明,P~+共同注入的样品表现出更好的迁移率分布。深能级瞬态谱(DLTS)测量表明,P~+共同注入降低了激活层中的深能级密度。     

利用能量过滤成像技术对注氮SOI的研究

本文报道了利用能量过滤成像技术对注氮SOI结构的研究。能量选择狭缝分别置于△E=16eV和△E=25eV,对应于Si和Si_3N_4的等离子能量损失的非弹性散射,电子显微照片可以给出更多的结构信息。顶层单晶硅和上氮化硅层之间的过渡层可以明显地划分成两个亚层:氮化硅亚层和硅亚层。从衬底的〈111〉衍射束成的暗场像看出硅亚层的晶粒取向与顶层单晶硅的取向是不同的,这说明硅亚层中的硅晶粒的形成与长大与顶层单晶硅的形成无关。     

退火温度对碳注入外延硅蓝光发射特性的影响

获得了不同退火温度注碳外延硅的蓝光发射谱,分析了退火温度对其蓝光发射特性的影响,发现退火温度为 1 000℃样品具有最强的发射强度。认为经碳注入所引入的杂质C = O 复合体是发光的重要因素;经碳注入氮气氛中退火及电化学腐蚀处理形成纳米硅镶嵌结构,因量子限制效应–表面复合效应而发光。     

用氮离子注入硅中抑制SiO_2的生长

本文报道了硅片在相同的氧化条件中形成不同厚度的SiO_2层。采用注入氮离子进入硅中,将注入与未注入样品在1000℃的炉温中进行干氧、湿氧生长SiO_2,用膜厚测试仪测SiO_2层的厚度。结果表明,N_2~+离子注入硅样品的氧化层厚度明显薄于非注入样品的氧化层厚度。N_2~+离子注入硅表面在氧化时抑制SiO_2的生长,具有较明显的抗氧化的作用。这项实验说明,采用注入N_2~+离子,同一硅片在相同的氧化条件下开辟选择氧化是可能实现的。     

总剂量加固对SOINMOS器件抗辐射特性的影响

采用埋层改性工艺对部分耗尽SOI NMOS器件进行总剂量加固,通过测试器件在辐射前后的电学性能研究加固对SOI NMOS器件抗辐射特性的影响。加固在埋氧层中引入电子陷阱,辐射前在正负背栅压扫描时,电子陷阱可以释放和俘获电子,导致背栅阈值电压产生漂移,漂移大小与引入电子陷阱的量有关。通过加固可以有效提高器件的抗总剂量辐射特性,电子陷阱的量对器件的抗辐射性能具有显著影响。     

椭偏光谱及在离子注入硅损伤研究中的应用

介绍了椭圆偏振光谱（ＳＥ）的原理,给出了椭偏仪在离子注入半导体的辐照损伤研究中的应用和局限。研究表明,结合其它分析手段并建立精细的椭偏模型。椭圆偏振光７谱能定量测量各层结构的厚度、成分、气孔率和光学常数。     

硅中硼离子注入层的卤钨灯辐照快速退火研究

本文研究了SiO_2掩蔽膜硼离子注入硅的卤钨灯辐照快速退火,测量了注入层表面薄层电阻与退火温度及退火时间的关系,得到了最佳的退火条件。对于采用920(?)SiO_2膜,25keV、1×10~(15)cm~(-2)的~(11)B离子注入样品,经不同时间卤钨灯辐照退火后,测量了注入层的载流子浓度分布,并与950℃、30分钟常规炉退火作了比较。结果表明,卤钨灯辐照快速退火具有电激活率高、注入杂质再分布小以及快速、实用等优点。     

Si离子注入对SIMOX SOI材料抗总剂量辐照性能的影响

为了提高SIMOX SOI材料抗总剂量辐照的能力,采用硅注入绝缘埋层后退火得到改性的SIMOX SOI材料.辐照前后,用pseudo-MOSFET方法测试样品的ID-VG特性曲线.结果表明,合适的硅离子注入工艺能有效提高材料抗总剂量辐照的能力.