多晶硅薄膜干氧氧化特性的研究

本文在800—1200℃的温度范围内,对LPCVD生长的未掺杂和重磷掺杂的多晶硅薄膜进行了干氧氧化特性的系统研究,并与轻掺杂和重磷掺杂的单晶硅的热氧化规律进行了比较.发现在900℃以下时,未掺杂多晶硅氧化规律不能完全用Deal-Grove模型描述,并存在着一个快速氧化的特征阶段.在这个阶段中多晶硅氧化速率比<111>单晶快,而重磷掺杂多晶硅却相反.掺杂、未掺杂,单晶、多晶间氧化规律的差异,在T=1200℃时,全部消失.本文讨论了产生上述现象的物理机理.     

低压和常压汽相淀积的掺磷多晶硅膜的氧化

研究了低压和常压多晶硅膜的氧化并和单晶硅氧化作了比较·样品或者未掺杂或者利用PoCe_3作源气相预淀积掺磷·对于一种掺杂,使用的氧化条件范围较宽,当表面反应速率控制时的氧化,其所用膜的掺杂剂浓度范围比较宽。低压和常压多晶硅膜氧化速率大致相同,而和同样预淀积条件下掺杂的单晶硅有显著的差别·中等掺杂的多晶硅膜似乎由多晶硅膜表面电活性载流子浓度所控制·开始氧化时载流子浓度特别重要,氧化期间堆积在表面的掺杂剂不受控制的结果。单晶硅和多晶硅样品之间氧化速率的明显差别是与两种材料中掺杂原子扩散系数不同有关,并与多晶硅下面存在氧化层有关。重掺杂样品可以找到氧化速率的上限（upper limit）样品的重掺杂大约对应于为膜中掺杂剂固溶度的载流子浓度·轻掺杂多晶硅氧化速率在（111）和（100）单晶硅之间,低压材料氧化稍微快一点,提出多晶硅膜晶向控制的范围,氧化期间,发现所消耗多晶硅对所生长氧化膜的比率为O.43,接近所用单晶硅的数值。     

氢化非晶硅双极性场效应晶体管

本文着重研究了玻璃栅介质(GGI)氢化非晶硅双极性场效应晶体管(α-Si:HBFET)的转移特性,并比较了SiO_2和SiO_2/α-SiN_x:H栅介质α-Si:HFET的性质.业已发现:(1)硼掺杂和磷掺杂不仅可以人大地提高(GGI)α-Si:HBFET的电流驱动能力,而且可以大大地改善其双极对称性.(2)(GGI)未掺杂α-Si:HBFET可以用来构成静态特性良好的CMOS倒相器.(3)SiO_2栅介质α-Si:HFET具有典型的双极性,但是SiO_2/α-SiN_x:H栅介质α-Si:HFET则不是双极性的.     

湿氧中掺磷多晶硅的热氧化

湿氧中温度范围为700—850℃,根据线性——抛物线的速率定律来研究重掺磷多晶硅及单晶硅衬底的特性·不掺杂或以1.1×10~（19）—2.2×10~（21）cm~（-3）的磷用扩散法或离子注入法均匀掺杂的多晶硅被用来与轻掺杂或重掺杂硅衬底的（100）、（110）和（111）面比较研究·磷浓度大于1×10~（20）cm~（-3）引起氧化速率的显著增加,然而超过1×10~（21）cm~（-3）氧化速率趋向于变成饱和·观察到氧化初始阶段的快速氧化。初始氧化并不适合线性——抛物线的速率定律·掺磷多晶硅的电阻率对磷浓度约6×10~（20）cm~(-3)有一个最小值为5×10~（-4）Ω-βm·多晶硅厚度被氧化减小以后,初始的电阻率几乎保持常数·另外,没有观察到沿着晶粒边界有增强氧化的迹象。     

N~+型重掺杂硅快速氧化新方法──氟化氢增强氧化之二

本文对重掺杂单晶硅和多晶硅薄膜的加HF增强氧化的行为进行了研究。氧气中HF含量为480ppm,温度为750至900℃。发现重掺磷或砷的硅的氧化反应速率很快,速率常数比轻掺杂硅的干氧氧化提高了几十倍至几百倍。而重掺硼的硅单晶对氧化速率并无明显影响。文中对重掺杂元素和HF增强硅氧化的机理作了分析,并提出了一个物理模型,可以较好地解释实验现象。     

采用磷原子选择性表面掺杂的横向固相非晶硅膜外延

本文研究了用磷原子的选择表面掺杂法来作非晶硅(α-Si)膜的横向固相外延(L-SPE),采用这种方法的磷原子仅在α-Si膜的表面层掺杂。已经发现,L-SPE的生长速率和从籽晶区起的生长长度,可由磷原子掺杂层的厚度来改变,但与α-Si膜厚度的关系不大。采用有效截面的透射电子显微技术,还发现,在掺磷样品表面中L-SPE的生长前沿由单晶面组成。为了解释这些实验结果,我们提出了表面掺磷样品的一种L-SPE生长模型。     

在不同的推进气氛中硼与磷对二氧化硅层的穿通扩散

据研究发现,当采用掺杂多晶硅作为扩散源时,硼与磷会扩散到热生长二氧化硅层中去,这种扩散的快慢与推进气氛有关,在氢气中扩散最快。根据双边界扩散模型,我们计算出了扩散系数。硼在二氧化硅中的扩散系数比磷大约要大两个数量级。这点对于硅栅工艺来说非常重要。在 P 沟硅栅晶体管中.由于硼从掺杂多晶硅栅电极扩散到栅氧化层中去,从而会引起晶体管性能的不稳定。     

LPCVD多晶硅:原位磷掺杂和未掺杂膜的生长及物理性质

在这个面向应用的研究中,我们在从560℃到640℃温度范围内进行了磷掺杂LPCVD多晶硅膜试验,并把其结果与以前由未掺杂多晶硅膜得到的结果进行了比较。使用了X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、喇曼散射与弹性光散射、光吸收与反射以及其他技术,来获取下述特性:晶粒尺寸、结构、结构的完整性、形变、折射指数、表面平整度和电导率等。我们发现,要获得质量最好的磷掺杂膜,必须在非晶状态(即温度不超过57o℃)下淀积;质量稍次,但对于不太关键的应用场合可以接受的膜,在580℃≤T_d(?)620℃范围内淀积。我们认为,在T_d(?)620℃淀积的膜,其质量是很差的。     

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。     

掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响

为有效利用多晶硅纳米薄膜研制MEMS压阻器件,本文对LPCVD多晶硅纳米薄膜应变系数与掺硼浓度的关系进行了研究,并利用扫描电镜和X射线衍射实验分析了薄膜的结构特点.结果表明:在重掺杂情况下,纳米薄膜的应变系数明显大于相同掺杂浓度下单晶硅的应变系数,而且掺杂浓度在2.5×1020cm-3左右时,应变系数具有随掺杂浓度升高而增大的趋势.对这种实验结果依据隧道效应原理进行了理论解释,提出了多晶硅压阻特性的修正模型.     

掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响

为有效利用多晶硅纳米薄膜研制MEMS压阻器件,本文对LPCVD多晶硅纳米薄膜应变系数与掺硼浓度的关系进行了研究,并利用扫描电镜和X射线衍射实验分析了薄膜的结构特点.结果表明:在重掺杂情况下,纳米薄膜的应变系数明显大于相同掺杂浓度下单晶硅的应变系数,而且掺杂浓度在2.5×1020cm-3左右时,应变系数具有随掺杂浓度升高而增大的趋势.对这种实验结果依据隧道效应原理进行了理论解释,提出了多晶硅压阻特性的修正模型.     

在薄二氧化硅层上纯多晶硅化镍膜的研究

本文研究了在薄二氧化硅层上快速热退火（RTA）形成的多晶硅化镍膜的电特性，对于在薄二氧化硅上的纯硅化镍膜，测试了其到衬底的泄漏电流，发现二氧化硅性质仍类似于多晶硅膜或纯铝膜下二氧化硅性质，采用准静态C－V方法研究了多晶硅栅和纯硅化镍栅的多晶栅耗尽效应（PDE），并探讨了硅化镍栅掺杂浓度和栅氧化层厚度对PDE的影响，结果表明，即使在未被掺杂的纯硅化镍栅膜，也未曾观察到PDE。     

重掺杂直拉硅单晶氧沉淀及其诱生二次缺陷

研究了重掺杂直拉硅单晶中掺杂元素硼、磷、砷、锑对氧沉淀及其诱生二次缺陷行为的影响 .实验结果表明 :重掺p型 (硼 )硅片氧沉淀被促进 ,氧沉淀密度高但无诱生二次缺陷 ;重掺n型 (磷、砷、锑 )硅片氧沉淀受抑制 ,氧沉淀密度低却诱生出层错 ;不同掺杂元素及浓度对重掺n型硅片氧沉淀抑制程度不同 ,并对氧沉淀诱生层错的形态产生影响 .讨论了重掺硅单晶中掺杂元素影响氧沉淀及其诱生二次缺陷的机理 ,并利用掺杂元素 本征点缺陷作用模型和原子半径效应模型对实验结果进行了解释 .     

重掺杂直拉硅单晶氧沉淀及其诱生二次缺陷

研究了重掺杂直拉硅单晶中掺杂元素硼、磷、砷、锑对氧沉淀及其诱生二次缺陷行为的影响.实验结果表明:重掺p型(硼)硅片氧沉淀被促进,氧沉淀密度高但无诱生二次缺陷;重掺n型(磷、砷、锑)硅片氧沉淀受抑制,氧沉淀密度低却诱生出层错;不同掺杂元素及浓度对重掺n型硅片氧沉淀抑制程度不同,并对氧沉淀诱生层错的形态产生影响.讨论了重掺硅单晶中掺杂元素影响氧沉淀及其诱生二次缺陷的机理,并利用掺杂元素-本征点缺陷作用模型和原子半径效应模型对实验结果进行了解释.     

硼掺杂富勒烯薄膜电学性质的研究

采用直流电弧放电方法利用硼碳复合棒成功合成了硼掺杂富勒烯,质谱和Ｘ射线光电谱等分析手段证实我们制备的硼掺杂富勒烯主要是以Ｃ５９Ｂ和Ｃ６９Ｂ形式存在;对硼掺杂富勒烯薄膜样品在４９３Ｋ进行了真空退火,并测量了电导率随温度的变化关系．发现硼掺杂富勒烯膜的电导激活能减小,室温电导率比未掺杂富勒烯膜高三个量级,同时硼掺杂富勒烯膜依然表现出明显的半导体特性     

一种无栅氧化物介电强度退化的二硅化钼/薄多晶硅栅新工艺

本文详细地分析了高温退火后在二硅化钼/薄n~+多晶硅(<1000A)栅结构中栅氧化层介电强度退化的情况。同时分析了栅氧化层绝缘特性和多晶硅中磷浓度、多晶硅原生氧化物,二硅化钼薄层电阻等各方面因素之间的关系,给出了二硅化钼、多晶硅、栅氧化物结构扫描电子显微镜、透射电子显微镜的观测结果。通过分析得出下列结论:高温退火时,在有阻挡层存在的情况下(阻挡层指二硅化钼淀积之前所形成的多硅上原生的厚氧化物),多晶硅与硅化钼局部作用会透过薄多晶硅层造成栅氧化物的损坏。根据分析结果,我们研究了一种没有介电强度退化的Mosi_2/薄Poly—si栅工艺。该工艺将二硅化钼直接淀积到未掺杂多晶硅上,从而控制多晶硅原生氧化物的生长,然后再将磷注入到二硅化钼中。这种工艺提供了很好的栅氧化层介电强度(薄到500A的多晶硅栅器件也是如此),易干法腐蚀,不产生多晶硅钻蚀,器件特性稳定,比通常的多晶硅栅工艺可靠性好。     

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     

硼扩散引起薄SiO2栅介质的性能退化

采用表沟p+多晶硅栅/PMOSFET代替埋沟n+多晶硅栅/PMOSFET具有易于调节阈值电压、降低短沟效应和提高器件开关特性的优点,因而在深亚微米CMOS工艺中被采纳.但是多晶硅掺杂后的高温工艺过程会使硼杂质扩散到薄栅介质和沟道区内,引起阈值电压不稳定和栅介质击穿性能变差.迄今为止对硼扩散退化薄栅介质可靠性的认识并不是很明朗,为此本文考察了硼扩散对薄栅介质击穿电荷和Fowler-Nordheim (FN)电应力产生SiO2/Si界面态的影响.     

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     

低压CVD多晶硅:扩散掺杂、离子注入及不掺杂膜的生长和物理性能

在高密度的集成电路中,应用多晶硅来作栅极、互连线和负载电阻时,它的晶体结构和表面平整度是重要的特性。本研究是根据扩散掺杂和离子注入前后硅层的结构,形貌以及电性能来评价无定形硅层和多晶硅层。通常,用低压CVD (LPCVD)制作的多晶态膜具有圆柱状生长结构,并伴之以粗糙的表面。用磷作扩散掺杂将促进晶粒的生长,增加表面的粗糙程度。相反,在用磷作扩散掺杂并经退火后,无定形膜却仍然保留着它原来表面的平整。无定形膜虽然保留了其原来的平滑度,但是从膜的顶部到底部它的晶粒结构却表现出不均匀。它的不均匀和注入深度有关。